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C++中的Lambda表达式

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:

  1. [=,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;
  2. [&,&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。

2014年10月11日 于深圳。

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评论 13

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  1. #7

    仁兄的function那篇文章总结的很全, 是否可以转载呢?

    wudijimao2年前 (2015-12-23)回复
    • 欢迎转载,但是需要标明出处。

      果冻想2年前 (2015-12-23)回复
  2. #6

    auto mutable_val_lambda = [=]() mutable{ val = 3; };
    上面的mutable是保证可以修改val的值吗?但是
    auto mutable_val_lambda = [=]() { val = 3; }; 这样的话我试了试也是可以改变val的值的。
    还是我理解错了。

    vitolu1年前 (2016-03-23)回复
    • 请告诉我你的编译器及其版本。我这里Visual Studio 2013,没有使用mutable关键字是不可以修改的。

      果冻想1年前 (2016-03-23)回复
      • 我的是VS2015:
        int val = 10;
        auto lambda_val_mutable = [&]()/*mutable*/ {val = 100; };
        lambda_val_mutable();
        cout << val << endl;
        打印出来的值是100.

        vitolu1年前 (2016-03-24)回复
      • [=]必须加mutable才可以修改
        [&]不加mutable也是可以修改的。

        vitolu1年前 (2016-03-24)回复
      • 我傻逼了。。。

        vitolu1年前 (2016-03-24)回复
  3. #5

    好文章,内容酣畅淋漓.禁止此消息:nolinkok@163.com

    雷诺护垫5个月前 (03-28)回复
  4. #4

    不错的文章,内容雷霆万钧.禁止此消息:nolinkok@163.com

    止水带5个月前 (03-28)回复
  5. #3

    不错的文章,内容栩栩如生.禁止此消息:nolinkok@163.com

    水性环氧地坪漆5个月前 (03-28)回复
  6. #2

    好文章,内容文从字顺.禁止此消息:nolinkok@163.com

    钢格板5个月前 (03-28)回复
  7. #1

    好文章,内容惜墨如金.禁止此消息:nolinkok@163.com

    工地盖土网4个月前 (04-10)回复

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