C++中的Lambda表达式详解

ticklishtiger 发布于9月前 阅读1957次
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我是搞C++的

一直都在提醒自己,我是搞C++的;但是当C++11出来这么长时间了,我却没有跟着队伍走,发现很对不起自己的身份,也还好,发现自己也有段时间没有写C++代码了。今天看到了C++中的Lambda表达式,虽然用过C#的,但是C++的,一直没有用,也不知道怎么用,就可怜的连Lambda语法都看不懂。好了,这里就对C++中的Lambda进行一个简单的总结,就算是对自己的一个交代,我是搞C++的,我是一个C++ programmer。

一段简单的Code

我也不是文艺的人,对于Lambda的历史,以及Lambda与C++的那段渊源,我也不是很熟悉,技术人,讲究拿代码说事。

 #include<iostream>
 using namespace std;
  
 int main()
 {
     int a = 1;
     int b = 2;
  
     auto func = [=, &b](int c)->int {return b += a + c;};
     return 0;
 }

当我第一次看到这段代码时,我直接凌乱了,直接看不懂啊。上面这段代码,如果你看懂了,下面的内容就当时复习了;如果看不懂了,就接着和我一起总结吧。

基本语法

简单来说,Lambda函数也就是一个函数,它的语法定义如下:

 [capture](parameters) mutable ->return-type{statement}

1.[capture]:捕捉列表。捕捉列表总是出现在Lambda函数的开始处。实际上,[]是Lambda引出符。编译器根据该引出符判断接下来的代码是否是Lambda函数。捕捉列表能够捕捉上下文中的变量以供Lambda函数使用;

2.(parameters):参数列表。与普通函数的参数列表一致。如果不需要参数传递,则可以连同括号“()”一起省略;

3.mutable:mutable修饰符。默认情况下,Lambda函数总是一个const函数,mutable可以取消其常量性。在使用该修饰符时,参数列表不可省略(即使参数为空);

4.->return-type:返回类型。用追踪返回类型形式声明函数的返回类型。我们可以在不需要返回值的时候也可以连同符号”->”一起省略。此外,在返回类型明确的情况下,也可以省略该部分,让编译器对返回类型进行推导;

5.{statement}:函数体。内容与普通函数一样,不过除了可以使用参数之外,还可以使用所有捕获的变量。

与普通函数最大的区别是,除了可以使用参数以外,Lambda函数还可以通过捕获列表访问一些上下文中的数据。具体地,捕捉列表描述了上下文中哪些数据可以被Lambda使用,以及使用方式(以值传递的方式或引用传递的方式)。语法上,在“[]”包括起来的是捕捉列表,捕捉列表由多个捕捉项组成,并以逗号分隔。捕捉列表有以下几种形式:

1.[var]表示值传递方式捕捉变量var;
2.[=]表示值传递方式捕捉所有父作用域的变量(包括this);
3.[&var]表示引用传递捕捉变量var;
4.[&]表示引用传递方式捕捉所有父作用域的变量(包括this);
5.[this]表示值传递方式捕捉当前的this指针。

上面提到了一个父作用域,也就是包含Lambda函数的语句块,说通俗点就是包含Lambda的“{}”代码块。上面的捕捉列表还可以进行组合,例如:

1.[=,&a,&b]表示以引用传递的方式捕捉变量a和b,以值传递方式捕捉其它所有变量;
2.[&,a,this]表示以值传递的方式捕捉变量a和this,引用传递方式捕捉其它所有变量。

不过值得注意的是,捕捉列表不允许变量重复传递。下面一些例子就是典型的重复,会导致编译时期的错误。例如:

3.[=,a]这里已经以值传递方式捕捉了所有变量,但是重复捕捉a了,会报错的;
4.[&,&this]这里&已经以引用传递方式捕捉了所有变量,再捕捉this也是一种重复。

Lambda的使用

对于Lambda的使用,说实话,我没有什么多说的,个人理解,在没有Lambda之前的C++ , 我们也是那样好好的使用,并没有对缺少Lambda的C++有什么抱怨,而现在有了Lambda表达式,只是更多的方便了我们去写代码。不知道大家是否记得C++ STL库中的仿函数对象,仿函数想对于普通函数来说,仿函数可以拥有初始化状态,而这些初始化状态是在声明仿函数对象时,通过参数指定的,一般都是保存在仿函数对象的私有变量中;在C++中,对于要求具有状态的函数,我们一般都是使用仿函数来实现,比如以下代码:

 #include<iostream>
 using namespace std;
  
 typedef enum
 {
     add = 0,
     sub,
     mul,
     divi
 }type;
  
 class Calc
 {
     public:
         Calc(int x, int y):m_x(x), m_y(y){}
  
         int operator()(type i)
         {
             switch (i)
             {
                 case add:
                     return m_x + m_y;
                 case sub:
                     return m_x - m_y;
                 case mul:
                     return m_x * m_y;
                 case divi:
                     return m_x / m_y;
             }
         }
  
     private:
         int m_x;
         int m_y;
 };
  
 int main()
 {
     Calc addObj(10, 20);
     cout<<addObj(add)<<endl; // 发现C++11中,enum类型的使用也变了,更“强”了                                                                                                                                              
     return 0;
 }

现在我们有了Lambda这个利器,那是不是可以重写上面的实现呢?看代码:

 #include<iostream>
 using namespace std;
       
 typedef enum
 {     
     add = 0,
     sub,
     mul,
     divi
 }type;
       
 int main()
 {     
     int a = 10;
     int b = 20;
       
     auto func = [=](type i)->int {
         switch (i)
         {
             case add:
                 return a + b;
             case sub:
                 return a - b;
             case mul:
                 return a * b;
             case divi:
                 return a / b;
         }
     };
       
     cout<<func(add)<<endl;
 }

显而易见的效果,代码简单了,你也少写了一些代码,也去试一试C++中的Lambda表达式吧。

关于Lambda那些奇葩的东西

看以下一段代码:

 #include<iostream>         
 using namespace std;       
                            
 int main()                 
 {                          
     int j = 10;            
     auto by_val_lambda = [=]{ return j + 1; };
     auto by_ref_lambda = [&]{ return j + 1; };
     cout<<"by_val_lambda: "<<by_val_lambda()<<endl;
     cout<<"by_ref_lambda: "<<by_ref_lambda()<<endl;
                            
     ++j;                   
     cout<<"by_val_lambda: "<<by_val_lambda()<<endl;
     cout<<"by_ref_lambda: "<<by_ref_lambda()<<endl;
                            
     return 0;              
 }

程序输出结果如下:

 by_val_lambda: 11
 by_ref_lambda: 11
 by_val_lambda: 11
 by_ref_lambda: 12

你想到了么???那这又是为什么呢?为什么第三个输出不是12呢?

在by_val_lambda中,j被视为一个常量,一旦初始化后不会再改变(可以认为之后只是一个跟父作用域中j同名的常量),而在by_ref_lambda中,j仍然在使用父作用域中的值。所以,在使用Lambda函数的时候,如果需要捕捉的值成为Lambda函数的常量,我们通常会使用按值传递的方式捕捉;相反的,如果需要捕捉的值成成为Lambda函数运行时的变量,则应该采用按引用方式进行捕捉。

再来一段更晕的代码:

 #include<iostream>                  
 using namespace std;                
                                     
 int main()                          
 {                                   
     int val = 0;                                    
     // auto const_val_lambda = [=](){ val = 3; }; wrong!!!
                                     
     auto mutable_val_lambda = [=]() mutable{ val = 3; };
     mutable_val_lambda();           
     cout<<val<<endl; // 0
                                     
     auto const_ref_lambda = [&]() { val = 4; };
     const_ref_lambda();             
     cout<<val<<endl; // 4
                                     
     auto mutable_ref_lambda = [&]() mutable{ val = 5; };
     mutable_ref_lambda();           
     cout<<val<<endl; // 5
                                     
     return 0;      
 }

这段代码主要是用来理解Lambda表达式中的mutable关键字的。默认情况下,Lambda函数总是一个const函数,mutable可以取消其常量性。按照规定,一个const的成员函数是不能在函数体内修改非静态成员变量的值。例如上面的Lambda表达式可以看成以下仿函数代码:

 class const_val_lambda
 {
 public:
     const_val_lambda(int v) : val(v) {}
     void operator()() const { val = 3; } // 常量成员函数
  
 private:
     int val;
 };

对于const的成员函数,修改非静态的成员变量,所以就出错了。而对于引用的传递方式,并不会改变引用本身,而只会改变引用的值,因此就不会报错了。都是一些纠结的规则。慢慢理解吧。

总结

对于Lambda这种东西,有的人用的非常爽,而有的人看着都不爽。仁者见仁,智者见智。不管怎么样,作为程序员的你,都要会的。这篇文章就是用来弥补自己对C++ Lambda表达式的认知不足的过错,以免以后在别人的代码中看到了Lambda,还看不懂这种东西,那就丢大人了。

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