C++11学习之Lambda表达式

概述

C++的Lambda是C++11中引入的新特性，用于创建匿名函数，简化编程。一般用在需要传入函数的位置，而该函数在整个程序中只使用一次，定义它则失去了函数重用的价值，此时Lambda就派上用场了。

语法

[ capture ] ( params ) opt -> ret { body; };

参数解释如下：

• capture 捕获列表，用于捕获表达式之外的参数

lambda 表达式通过捕获列表，捕获一定范围内的变量。
[] 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）。
[=，&task] 按值捕获外部作用域中所有变量，并按引用捕获 task 变量。
[flv] 按值捕获 flv 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。捕获 this 的目的是可以在 lamda 中使用当前类的成员函数和成员变量。

eg:
socket_.async_read_some(boost::asio::buffer(buffer_),
   			[this, self](boost::system::error_code ec, std::size_t bytes_transferred)
   {
   	//body							
   });

• params 参数列表，类似函数的形参

参数可以通过按值（如: (a, b)）和按引用 (如: (&a, &b)) 两种方式进行传递。

• opt 函数选项，比如mutable，可以省略

mutable 或 exception 声明，按值传递函数对象参数时，加上 mutable 修饰符后，可以修改传递进来的拷贝（注意是能修改拷贝，而不是值本身）。exception 声明用于指定函数抛出的异常，如抛出整数类型的异常，可以使用 throw(int)。

• -> ret 返回值类型，如果没有返回值，此处可以省略。
• body 函数体。

Lambda表达式优点

• 声明式编程风格：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。
• 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，让开发者更加集中精力在手边的问题，同时也获取了更高的生产率。
• 在需要的时间和地点实现功能闭包，使程序更灵活。

使用方式

1. 未使用捕获器，无法使用闭包之外的变量。如下示例，变量a在闭包外面定义，而x1未捕获任何变量， 因此使用是错误的。
   
2. 捕获外部所有变量【值传递】，使用 = 捕获列表

	void func(int x, int y)
	{
		auto x1 = [=]()->int {return a; };
	}

值传递不能修改本体的值，是以只读模式传入。如下使用会报错误。

3. 捕获所有外部变量【引用传值】，使用 & 捕获列表

class LambdaA
{
public:
   int a = 0;

   void func(int x, int y)
   {
   	auto x1 = [&]() {return ++a; };
   }
}

引用传值可以修改本体的值，与C++引用传递相似。

4. 捕获整个类对象，使用 this 捕获列表

class LambdaA
{
public:
   int a = 0;

   void func(int x, int y)
   {
   	auto x1 = [this]() { return ++this->a; };
   }
}

this只捕获当前类对象中的所有变量，其他变量仍然无法使用，比如上例中的形参 x 、 y。this捕获的对象内部也是可以直接修改的。

5. 如果需要获取 this 之外的变量，需要逐个捕获。

   int a = 0;
   void func(int x, int y)
   {
   	auto x1 = [this, x, y]() { return this->a + x + y; };
   }

那我单独获取函数形参后，能否直接修改其值呢？如下图错误提示是什么原因呢？

是因为捕获的值，默认是只读的，即值传递，如果需要修改本体，需要改为引用传值：

	int a = 0;

	void func(int x, int y)
	{
		auto x1 = [this, x, &y]()
		{ 
			++y;
			return this->a + x + y;
		};
	}

9. 特别注意的是，Lambda是延后调用的，因此在一些需要涉及到拷贝和引用传值的位置，需要特别注意。如下代码段：

int main()
{
	int intA = 0; 

	auto x1 = [=]() { return intA;};

	++intA;

	std::cout << x1() << std::endl;
	return 0;
}

运行结果：

那么为什么不是1呢？因为后面intA执行了+1操作。分析这个问题其实很简单，因为 x1 中调用的intA是通过 拷贝 的方式传值的，在intA执行+1之前，副本已经被拷贝了，因此后续的任何操作都不会影响x1的结果。

改为引用传值，即可实现同步传值。如下代码段所示：

int main()
{
	int intA = 0; 

	auto x1 = [&]() { return intA;};

	++intA;

	std::cout << x1() << std::endl;
	return 0;
}

运行结果：

但是 ，通过值捕获的变量， 也可以当做左值参与运算，前提是通过使用关键字 mutable 修饰，将常量转换成可以参与计算的左值。如下代码段。

int main()
{
	int intA = 0; 

	auto x1 = [=]() mutable { return ++intA;}; 

	std::cout << "x1的值为：" << x1() << std::endl;
	std::cout << "intA的值为：" << intA << std::endl;
	return 0;
}

运行结果：

可以看出，用 mutable 修饰的变量，可以当做左值参与运算，但是并没有修改本体，只是将副本参与运算。

另外需要注意，被 mutable修改的Lambda表达式，不管有没有参数，都必须加上参数列表 ()，否则会报错，如图所示：

Lambda表达式的类型

lambda 表达式的类型在 C++11 中被称为“闭包类型（Closure Type）”。它是一个特殊的，匿名的非 nunion 的类类型。可以认为它是一个带有 operator() 的类，即仿函数。因此，我们可以使用 std::function 和 std::bind 来存储和操作 lambda 表达式：

	std::function<int(int)> f1 = [=](int a) {return a + intA; };

	std::function<int(void)> f2 = std::bind(f1, 123);

	std::function<int(void)> f3 = std::bind([](int a) {return a;; }, 123);

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。而一个使用了成员变量的类的 operator()，如果能直接被转换为普通的函数指针，那么 lambda 表达式本身的 this 指针就丢失掉了。而没有捕获任何外部变量的 lambda 表达式则不存在这个问题。

这里也可以很自然地解释为何按值捕获无法修改捕获的外部变量。因为按照 C++ 标准，lambda 表达式的 operator() 默认是 const 的。一个 const 成员函数是无法修改成员变量的值的。而 mutable 的作用，就在于取消 operator() 的 const。

需要注意的是，没有捕获变量的 lambda 表达式可以直接转换为函数指针，而捕获变量的 lambda 表达式则不能转换为函数指针。看看下面的代码：

typedef void(*Ptr)(int*);
Ptr p = [](int* p){delete p;};  // 正确，没有状态的lambda（没有捕获）的lambda表达式可以直接转换为函数指针
Ptr p1 = [&](int* p){delete p;};  // 错误，有状态的lambda不能直接转换为函数指针

Lambda表达式实例

在STL中，遍历或者需要提供仿函数的位置，可以直接用Lambda代替，非常简洁方便，如下示例代码段：

int main()
{
	vector<int> v;

	v.push_back(2);
	v.push_back(1);
	v.push_back(3);
	v.push_back(5);
	v.push_back(4);

	// 排序
	sort(v.begin(), v.end(), [](int a, int b) {return a > b; });
	// 打印
	for_each(v.begin(), v.end(), [](int a) {std::cout << a<<" "; });
	
	return 0;
}

运行结果

以上排序和打印都用到了Lambda表达式，在未接触它之前，都是使用的仿函数支持排序和打印的，很繁琐。可以通过如下代码段体验一下仿函数的繁琐程度。

#include <iostream>
#include <functional>
#include<vector>
#include <algorithm>

// 提供Sort函数的仿函数，实现自定义排序
class MySort
{
public:
	bool operator()(int a,int b)
	{
		return a > b;
	}
};

// 提供for_each的打印函数支持
class MyForEach
{
public:
	void operator()(int a)
	{
		std::cout << a << " ";
	}
};

int main()
{	
	vector<int> v;

	v.push_back(2);
	v.push_back(1);
	v.push_back(3);
	v.push_back(5);
	v.push_back(4);

	sort(v.begin(), v.end(), MySort());

	for_each(v.begin(), v.end(), MyForEach());
	
	return 0;
}

运行结果

从以上连个版本可以看出，Lambda表达式确实比较方便，不用重新定义类、重载运算符。另外在C++11很多地方都用到了Lamdba表达式，如果要看懂C++11的代码，必须对Lambda 的规则等做一个比较深入的了解。

最后

以上就是美好纸鹤为你收集整理的C++11学习之Lambda表达式的全部内容，希望文章能够帮你解决C++11学习之Lambda表达式所遇到的程序开发问题。

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