C++11 Lambda表达式
前言
lambda表达式是C++11最重要的也是最常用的一个特性之一。其实在C#3.5中就引入了lambda,java至今还没有引入,要等到Java8中才有lambda表达式。lambda表达式源于函数式编程的理念,也是现代编程语言的一个特点。lambda表达式具有如下的优点:
(1)声明式编程风格:就地匿名定义目标函数或函数对象,不需要额外写一个命名函数或者函数对象。以更直接的方式去写程序,好的可读性和可维护性。
(2)简洁:不需要额外再写一个函数或者函数对象,避免了代码膨胀和功能分散,让开发者更加几种精力在手边的问题,同时也获得了更高的生产效率。
(3)在需要的时间和地点实现功能闭包,是程序更灵活
1. lambda表达式初探
lambda表达式定义了一个匿名函数,并且可以捕获一定范围内的变量。lambda表达式的语法形式可以简单归纳为:
[capture] (params) opt -> ret {body;};
其中:capture为捕获列表;params是参数表;opt是函数选项;ret是返回值类型;body是函数体。
因而一个完整的表达式就是这样定义和使用的:
auto f = [](int x)->int{int b = x+10; return b;}; //定义
f(1014); //调用
在C++11中,lambda表达式的返回值是通过前面定义的返回值后置语法来定义的。其实很多时候,lambda表达式的返回值非常明显。因此C++11中允许省略lambda表达式的返回值定义。因而就可以写成这样了
auto f = [](int x){int b = x+10; return b;}; //定义
f(1014); //调用
另外,lambda表达式在没有参数列表的时候,参数列表时可以省略的。因此像下面的写法都是正确的
auto f1 = [](){return 1;};
cout << f1() << endl;
auto f2 = []{return 2;};
cout << f2() << endl;
2. lambda表达式捕获
lambda表达式可以通过捕获列表捕获一定范围内的变量,具体的捕获规则是这样的:
(1)[]不捕获任何变量
(2)[&]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),也就是在函数体中可以对其进行修改。
(3)[=]捕获外部作用域中所有变量,并作为副本在函数体重使用(按值捕获)
(4)[=, &foo]按值捕获外部作用域中所有变量,并按引用捕获foo变量
(5)[bar]按值捕获bar变量,同时不捕获其他变量
(6)[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=,就默认添加此项。捕获this的目的是可以再lambda中使用当前类的成员函数和成员变量。
使用例子
class A
{
public:
int i = 0;
void func(int x, int y)
{
auto x1 = []{return i;}; //错误,没有捕获外部变量
auto x2 = [=]{return i+x+y;}; //正确,捕获所有的外部变量
auto x3 = [&]{return i+x+y;}; //正确,捕获所有的外部变量
auto x4 = [this]{return i;}; //正确,捕获this指针
auto x5 = [this]{return i+x+y;}; //错误,没有捕获x和y
auto x6 = [this, x, y]{return i+x+y;}; //正确,捕获this指针、x、y
auto x7 = [this]{return ++i;}; //正确,捕获this指针,并修改成员的值
}
};
int a=0,b=1;
auto f1 = []{return a;}; //错误,没有捕获外部变量
auto f2 = [&]{retrurn a++;}; //正确,捕获所有外部变量,并对a自加
auto f3 = [=]{return a;}; //正确,捕获所有外部变量
auto f4 = [=]{return a++}; //错误,a是复制形式捕获的,无法修改
auto f5 = [a]{return a+b;}; //错误,没有捕获变量b
auto f6 = [a, &b]{return a+(++b);}; //正确
auto f7 = [=, &b]{return a+(++b);}; //正确
要注意:默认状态下lambda表达式无法修改通过复制方式捕获的外部变量,如果希望修改这些变量的话,需要使用引用方式进行捕获。但是,如果是按值捕获外部变量但是想修改外部变量,那就需要关键字mutable,下面是使用例子
int a = 0;
auto f1 = [=]{return ++a;}; //错误,捕获是按置捕获的
auto f2 = [=]()mutable{return ++a;}; //正确,使用了mutable关键字
3. lambda表达式类型
lambda表达式的类型在C++11中被称为“闭包类型”。它是一个特殊的,匿名的非nunion的类类型。因此,可以认为它是一个带有operator()的类,既是仿函数。因而就可以使用std::function和std::bind来存储和操作lambda表达式
std::function<int(int)> f1 = [](int a){return a++;};
auto f2 = std::bind([](int a){return ++a;}, std::placeholders::_1);
此外,对于没有捕获任何变量的lambda表达式,还可以被转换成为一个普通的函数指针
using my_func = int(*)(int, int);
my_func f1 = [](int a, int b){return a+b;};
f1(10, 20);
lambda表达式可以说是就地定义仿函数闭包的“语法糖”,它的捕获列表捕获住的任何外部变量,最终均会变为闭包类型的成员变量。
对于lambda表达式按值无法修改捕获的外部变量。这是因为按照C++标准,lambda表达还是的operator()默认是const,因而就导致对按值捕获的外部变量无法进行修改。但是mutable的作用就是取消了const,使其变得可以修改。
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