【C++】C++之Lambda表达式

目录

• 一、前言
• 二、Lambda表达式格式说明
  • 2.1 完整的Lambda表达式格式
  • 2.2 常见的Lambda表达式格式
  • 2.3 lambda 表达式捕获列表
• 三、示例
  • 3.1 STL的sort函数参数使用Lambda
  • 3.2 有返回值的Lambda表达式
  • 3.3 无参数Lambda表达式
  • 3.4 捕获外部变量的Lambda表达式

一、前言

由于前段时间在阅读一些C++源码的时候发现了Lambda表达式，所以在此也记录下Lambda表达式的使用。

很早之前Lambda在很多高级语言中，就已经被广泛地使用了，在一个程序中Lambda表达式可以理解为是匿名函数。在C++中，到了C++11标准才引入了这个Lambda表达式，这是C++11最重要而且也是最常用的特性之一。

使用Lambda表达式，不需要额外地定义函数名，可以更直接编写程序，有比较好的可读性和可维护性；不需要另外声明和定义函数体，避免了程序代码的膨胀。

二、Lambda表达式格式说明

2.1 完整的Lambda表达式格式

[capture list] (params list) mutable exception-> return type { function body }

说明：

名称	解析
[capture list]	捕获列表：lambda 表达式可以通过捕获列表捕获一定范围内的变量。
(params list)	形参列表，用于传参（可以省略）。
mutable	用来说明是否可以修改按值捕获的变量（可以省略），如果需要修改按值捕获的变量，则需要添加。
exception	异常设定（可以省略）。
return type	返回类型 （可省略,如果省略则自动从函数体中判断返回类型，return后的值。如果没有则返回void）。
function body	函数体，即逻辑代码。

2.2 常见的Lambda表达式格式

编号	格式	特性
格式1	[capture list] (params list) -> return type {function body}	1、无法修改捕获列表中的变量值。
格式2	[capture list] (params list) {function body}	1、无法修改捕获列表中的变量值；2、返回类型由return返回的值类型确定，如果没有return语句，则返回类型为void。
格式3	[capture list] {function body}	1、无法修改捕获列表中的变量值；2、返回类型由return返回的值类型确定，如果没有return语句，则返回类型为void；3、不能传入参数，类似普通的无参函数。

2.3 lambda 表达式捕获列表

捕获形式	解析
[ ]	不捕获任何变量。
[&]	捕获外部作用域中所有变量，并作为引用在函数体中使用（按引用捕获）。
[=]	捕获外部作用域中所有变量，并作为副本在函数体中使用（按值捕获）。
[=，&x]	按值捕获外部作用域中所有变量，并按引用捕获 x 变量。
[x]	按值捕获 x 变量，同时不捕获其他变量。
[this]	捕获当前类中的 this 指针，让 lambda 表达式拥有和当前类成员函数同样的访问权限。如果已经使用了 & 或者 =，就默认添加此选项。

注意：

• 如果是按值捕获，那么是否可以改变捕获的变量值，取决于mutable关键字。

三、示例

3.1 STL的sort函数参数使用Lambda

/*****************************************************************************
** Copyright  2020 lcg. All rights reserved.
** File name: Lambda.cpp
** Description: 在STL的sort函数参数使用Lambda表达式
** Author: lcg
** Version: 1.0
** Date: 2020.12.04
*****************************************************************************/

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

bool cmp(int a, int b)
{
    return  a < b;
}

int main()
{
    vector<int> vec{ 3, 2, 5, 7, 3, 2 };
    vector<int> lbvec(vec);

    /**1、不使用Lambda表达式的写法**/
    sort(vec.begin(), vec.end(), cmp);
    cout << "predicate function:" << endl;
    for (int it : vec) // 此for循环写法也是在C++11才出现
        cout << it << ' ';
    cout << endl;

    /**2、不使用Lambda表达式的写法**/
    sort(lbvec.begin(), lbvec.end(), [](int a, int b) -> bool { return a < b; });
    cout << "lambda expression:" << endl;
    for (int it : lbvec)
        cout << it << ' ';
}

可以看到这种情况使用Lambda表达式可以使代码更加直观、简介，无需再定义 cmp(int a, int b) 函数。

3.2 有返回值的Lambda表达式

/** 1、标明返回类型**/
auto f = [](int a) -> int { return a + 1; };
std::cout << f(1) << std::endl;  /**输出: 2**/

/** 2、无标明返回类型**/
auto f = [](int a) { return a + 1; };
std::cout << f(1) << std::endl;  /**输出: 2**/

当没有标明返回类型的时候，系统会根据return回来的值来判断返回值的类型，auto会自动检索返回值的类型。

3.3 无参数Lambda表达式

auto f = []() { return 1; };
std::cout << f() << std::endl;  /**输出: 1**/

3.4 捕获外部变量的Lambda表达式

在类中使用：

/*****************************************************************************
** Copyright  2020 lcg. All rights reserved.
** File name: Lambda.cpp
** Description: 捕获外部变量的Lambda表达式
** Author: lcg
** Version: 1.0
** Date: 2020.12.04
*****************************************************************************/

#include <iostream>

class A
{
    public:
    int i_ = 0;
    void func(int x, int y)
    {
        /* error，没有捕获外部变量*/
        auto x1 = []{ return i_; };

        /*OK，按值捕获所有外部变量,包括了this指针*/
        auto x2 = [=]{ return i_ + x + y; };

         /*OK，按引用捕获所有外部变量,包括了this指针*/
        auto x3 = [&]{ return i_ + x + y; };

        /*OK，捕获this指针，Lambda拥有和此类中普通函数一样的权限*/
        auto x4 = [this]{ return i_; };

        /*error，没有捕获x、y，因为x、y变量不属于this*/
        auto x5 = [this]{ return i_ + x + y; };

        /* OK，捕获this指针、x、y*/
        auto x6 = [this, x, y]{ return i_ + x + y; };

        /*OK，捕获this指针，并修改成员的值*/
        auto x7 = [this]{ return i_=7; };
        x7();
        std::cout<<i_<<std::endl;//输出7

        /*OK，捕获所有外部变量，默认捕获this指针，并修改成员的值*/
        auto x8 = [=]{ return i_=8; };
        x8();
        std::cout<<i_<<std::endl;//输出8

        /*error，因为i_不属于捕获范围的变量，所以无法按值捕获i_变量，可以通过捕获this指针来获取i_使用权*/
        auto x9 = [i_]{ return i_++; };

        /*error，原因同上*/
        auto x10 = [&i_]{ return i_++; };

        /*ok，按引用捕获所有变量，默认捕获this指针，并修改成员的值*/
        auto x11 = [&]{ return i_=11; };
        x11();
        std::cout<<i_<<std::endl;//输出11

        /*error，按值捕获x变量，并修改值*/
        auto x12 = [x]{ return x++; };

        /*ok，按值捕获x变量，并修改值*/
        auto x13 = [x]()mutable{ return x=13; };
        x13();
        std::cout<<x<<std::endl;//输出1

        /*ok，按引用捕获x变量，并修改值*/
        auto x14 = [&x]{ return x=14; };
        x14();
        std::cout<<x<<std::endl;//输出14
    }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    A l;
    l.func(1,2);

    int a = 0, b = 1;
    /*error，没有捕获外部变量*/
    auto f1 = []{ return a; };

    /*OK，捕获所有外部变量，改变a值*/
    auto f2 = [&]{ return a=2; };
    f2();
    std::cout<<a<<std::endl;//输出2

    /*OK，捕获所有外部变量，并返回a*/
    auto f3 = [=]{ return a; };

    /*error，a是以复制方式捕获的，无法修改*/
    auto f4 = [=]{ return a=4; };

    /*ok，a是以复制方式捕获的，修改a值*/
    auto f4 = [=]()mutable{ return a=4; };
    f4();
    std::cout<<a<<std::endl;//输出2

    /*error，没有捕获变量b*/
    auto f5 = [a]{ return a + b; };

    /*OK，捕获a和b的引用，并对b做自加运算*/
    auto f6 = [a, &b]{ return a + (b++); };

    /*OK，捕获所有外部变量和b的引用，并对b做自加运算*/
    auto f7 = [=, &b]{ return a + (b++); };

    return 0;
}

总结：

• 当按值的方式获取外部变量时，是无法更改获取过来的值的，除非使用mutable关键字声明，就可以更改（更改的不是外部变量原本地址里的值，而是lambda函数体内的副本）；
• 当按引用的方式捕获外部变量时，lambda函数体内可以更改此值，更改的是外部变量原本地址里的值；
• 当在类中，lambda表达式捕获this指针时，lambda函数体内可以直接改变该类中的变量，和类中的普通函数拥有一样的权限。