【C++】C++11——lambda表达式

平凡的人1

发布于 2023-10-15 12:21:38

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一、Lambda表达式引入

我们之前都是通过函数指针、仿函数的方式可以像函数使用的对象，在C++11之后，就有了Lambda表达式

struct Goods
{
    string _name;
    double _price;
};
struct Compare
{
    bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
    {
        return gl._price <= gr._price;
    }
};
int main()
{
    Goods gds[] = { { "西瓜", 1.9 }, { "香蕉", 3.0 }, { "苹果", 2.2 }, {"哈密瓜", 1.5} };
    sort(gds, gds+sizeof(gds) / sizeof(gds[0]), Compare());
    return 0;
}

为了实现一个比较算法，都要重新去写一个类，如果每次比较的逻辑不一样，还要去实现多个类，特别是相同类的命名，看代码的人就遭殃了，非常的烦，这些都非常地不方便。所以，C++11中的语法Lambda表达式由此登场。

下面我们来简单看一下lambda表达式的简单应用：

#include <algorithm>
#include <vector>
#include <functional>
struct Goods
{
	string _name;  
	double _price; 
	int _evaluate;
	Goods(const char* str, double price, int evaluate)
		:_name(str)
		, _price(price)
		, _evaluate(evaluate)
	{}
};
int main()
{
	vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 },
		{ "橙子", 2.2, 3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2)
		{ return g1._price < g2._price; });//小于是升序
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2)
		{ return g1._price > g2._price; });//大于时降序
	return 0;
}

此时，每次调用sort函数我们只需要传入一个lambda表达式即可指明比较方式，大大提高了代码的可阅读性。下面，我们进入的环节是Lambda表达式的语法。

二、Lambda表达式语法

上面的代码就是用Lambda表达式解决的，我们清楚地可以看出Lambda表达式底层是匿名函数。

Lambda表达式的格式：

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

Lambda表达式格式各项说明：

[capture-list] : 捕捉列表(必写项)，该列表总是出现在lambda函数的开始位置，编译器根据**[]来判断接下来的代码是否为lambda函数，捕捉列表能够捕捉上下文中的变量供lambda**函数使用。 (parameters)：参数列表(非必写项)。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()一起省略 mutable：默认情况下，lambda函数总是一个const函数，mutable可以取消其常量性。使用该修饰符时，参数列表不可省略(即使参数为空)。一般不需要 ->returntype：返回值类型（非必写项）。用追踪返回类型形式声明函数的返回值类型，没有返回值时此部分可省略。返回值类型明确情况下，也可省略，由编译器对返回类型进行推导 {statement}:函数体。在该函数体内，除了可以使用其参数外，还可以使用所有捕获到的变量。

除了捕捉列表外，Lambda表达式其他的地方和普通函数大致相同，Lambda表达式的参数列表和返回值可有可无，但是捕捉列表和函数体是必须写，不可省略的，所以最简单的Lambda表达式如下：

int main()
{
	[]{}; 
	return 0;
}

在举个例子：两个int对象相加的Lambda表达式：

int main()
{
	//进行int对象相加的Lambda表达式
    //Lambda——可调用对象
	//[](int x, int y)->bool {return x + y; };
	auto compare = [](int x, int y) {return x + y; };
	cout << compare(1, 2) << endl;

	return 0;
}

Lambda表达式中的捕捉列表捕捉上下文中的编列可以被lambda使用，以及可以设置使用的方式是传值还是传引用：

[var]:表示值传递捕捉变量var [=]:表示值传递方式捕捉所有父作用域中的变量，lambda上面的变量(父作用域是指包含lambda函数的语句块) [&var]：表示引用传递捕捉变量var [&]:表示引用传递捕捉所有父作用域中的变量 [this]:表示值传递捕捉当前的this指针

注意:

捕捉列表可有多个捕捉项构成，可以混合捕捉，以逗号分割。如[=,&a,b] 捕捉列表不允许变量重复传递：如[=,a]重复传递了变量a

三、Lambda表达式交换两个值

很直观的，我们会写出下面的代码：以传值方式捕捉：

int main()
{
	int a = 10, b = 20;
	auto swap1 = [a,b]()
	{
		int tmp = a;
		a = b;
		b = tmp;
	};
	swap1();
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
}

捕捉列表的捕捉默认的是传值捕捉，但是上面的代码存在问题：编译根本就通不过，因为传值捕捉的变量是不可修改的，如果要取消常性，那么我们就要加上mutable：

int main()
{
	int a = 10, b = 20;
	auto swap1 = [a,b]()mutable
	{
		int tmp = a;
		a = b;
		b = tmp;
	};
	swap1();
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
}

由于是传值捕捉，lambda函数中对a和b的修改不会影响外面的a、b变量，这与函数的传值传参是一个道理，所以这种方式并不能交换两个值。所以实际上mutable用处不大。

正确的做法1：利用捕捉列表以引用传参的方式交换两个值：

int main()
{
	int a = 10, b = 20;
	auto swap1 = [&a,&b]()
	{
		int tmp = a;
		a = b;
		b = tmp;
	};
	swap1();
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
}

正确的做法2：利用参数列表以引用参数的方式传递：

int main()
{
	int a = 10, b = 20;
	auto swap1 = [](int&a,int&b)
	{
		int tmp = a;
		a = b;
		b = tmp;
	};
	swap1(a,b);
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
}

注意：Lambda表达式是一个匿名函数，无法直接调用，可以利用auto将其值赋给一个变量，这时候这个变量就可以想函数一样使用了

Lambda表达式如果比较长可以进行换行写，同时要注意函数体最后还有个分号哦。

四、Lambda表达式底层原理

Lambda表达式的底层原理

实际就是编译器在底层对于Lambda表达式的处理方式，完全就是按照函数对象的方式处理的，就是对（）进行了重载：

class Rate
{
private:
public:
	Rate(double rate)
		:_rate(rate)
	{}

	double operator()(double money, int year)
	{
		return money * _rate * year;
	}
	double _rate;
};

int main()
{
	double rate = 0.49;
	Rate r1(rate);
	r1(10000, 2);

	auto r2 = [=](double money, int year)->double {return money * rate * year; };
	r2(10000, 2);
	return 0;
}

调试反汇编进行观察：

当创建Rate对象的时候是构造函数，使用Rate对象的时候就是会调用 Rate 类的 operator() 运算符重载函数;

而Lambda 表达式实际也是这样子的：会调用 <lambda_uuid> 类的构造函数，在使用Rate r2对象时，会调用<lambda_uuid>类的 operator()运算符重载函数。

lambda表达式和范围for是类似的，它们在语法层面上看起来都很神奇，但实际范围for底层就是通过迭代器实现的，lambda表达式底层的处理方式和函数对象是一样的。我们定义一个lambda表达式后，编译器会自动生成一个类，在该类中对operator () 运算符进行重载.

注意：lambda表达式之间不能赋值，每个lambda表达式的类型都是不同的（在VS下，lambda表达式会被处理为函数对象，该函数对象对应的类名叫做<lambda_uuid>。），这也是lambda表达式之间不能相互赋值的原因

int main()
{
	int x = 10, y = 20;
	auto Swap1 = [&x,&y]()
	{
		int tmp = x;
		x = y;
		y = tmp;
	};
	auto Swap2 = [&x,&y]()
	{
		int tmp = x;
		x = y;
		y = tmp;
	};
	cout << typeid(Swap1).name() << endl;
	cout << typeid(Swap2).name() << endl;
	return 0;
}