【C++篇】C++11：lambda表达式

一、lambda表达式

在C++之前，如果想对一个数据集合中的元素进行排序，可以用std::sort方法：

• 对于内置类型数据排序，直接使用即可
• 但对于自定义类型，需要我们自己定义排序规则

排序规则定义方法：

• 函数指针：void(*ptr)(int x)，用起来复杂难读，能不用就不用
• 仿函数（常用）：定义一个类，重载operator()，使得对象可以像函数一样使用

仿函数定义排序规则如：，

struct Goods
{
	 string _name;  // 名字
	 double _price; // 价格
	 int _evaluate; // 评价
	 Goods(const char* str, double price, int evaluate)
		 :_name(str)
		 , _price(price)
		 , _evaluate(evaluate)
	 {}
};

//以货物价格排升序
struct ComparePriceLess
{
	bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
	{
	 	return gl._price < gr._price;
	}
};

//以货物价格排降序
struct ComparePriceGreater
{
	 bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
	 {
	 	return gl._price > gr._price;
	 }
};

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(), ComparePriceLess());
	 sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());
}

随着C++语法的发展，人们开始觉得上面的写法太复杂了，每次为了实现一个algorithm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，这些都给编程者带来了极大的不便。因此，在C++11语法中出现了Lambda表达式。

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; });
	 sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2){
	 return g1._price > g2._price; });
	 sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2){
	 return g1._evaluate < g2._evaluate; });
	 sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2){
	 return g1._evaluate > g2._evaluate; });
}

上述代码就是使用C++11中的lambda表达式来解决，可以看出lambda表达式实际是一个匿名函数，在函数内部直接定义使用。

对比仿函数，使用lambda表达式可以使得代码更简洁，可读性更好。

二、lambda表达式语法

lambda表达式书写格式：[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement }

lambda表达式各部分说明：

1. [capture-list]：捕捉列表，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。
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()一起省略
3. 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)。

int x = 10;
auto lambda = [x]() mutable { x++; cout << x; };
lambda();  // 输出11
cout << x; // 输出10（外部x未改变）

1. ->returntype：返回值类型。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。
2. {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。

在lambda函数定义中，参数列表和返回值类型都是可选部分，而捕捉列表和函数体可以为空。

因而最简单的lambda函数为：[]{}该lambda函数不能做任何事情。

捕获列表说明

捕捉列表描述了上下文中哪些数据可以被lambda使用？以及使用的方式传值还是传引用？

传值：拷贝一份变量的副本到lambda中，该副本具有常性，在lambda函数体中不能修改。若要修改，在捕捉列表后声明关键字mutable，就可以修改了，但不会影响被捕捉的变量。 传引用：对该变量取别名，lambda函数体中对其修改，会影响被捕捉的变量。

• [var]：表示值传递方式捕捉变量var
• [=]：表示值传递方式捕获所有父作用域中的变量(包括this)
• [&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(包括this)
• [this]：表示值传递方式捕捉当前的this指针

【注意】

1. 父作用域指lambda函数所在的语句块，也就是 lambda 所在的那一对 { } 的作用域。
2. 语法上捕捉列表可由多个捕捉项混合组成，并以逗号分割。 比如：
   • [=, &a, &b]：以引用传递的方式捕捉变量a和b，值传递方式捕捉其他所有变量
   • [&，a, this]：值传递方式捕捉变量a和this，引用方式捕捉其他变量
3. 捕捉列表不允许变量重复传递，否则就会导致编译错误。比如：[=, a]重复捕捉变量a。
4. 在全局域的lambda函数捕捉列表必须为空。
5. 在块作用域中的lambda函数仅能捕捉父作用域中的局部变量，其他作用域的变量不可捕捉，包括全局变量，否则编译器会报错。
6. lambda表达式之间不能相互赋值 ，即使两个lambda表达式一摸一样。它们看起来类型相同，实则不然。

int main()
{
	auto f1 = [](int x, int y) {return x + y; };
	auto f2 = [](int x, int y) {return x + y; };

	//f1 = f2;
	//打印f1和f2的类型
	cout << typeid(f1).name() << endl;
	cout << typeid(f2).name() << endl;

	return 0;
}

三、lambda表达式的底层原理

其实，lambada和范围for是类似的：用起来方便舒服，其实底层原理很简单。意义都是：方便人们使用，人性化处理。

实际上，编译器在底层对于lambda表达式的处理方式，完全就是按照仿函数的方式处理的，就是在类中对()运算符进行了重载的类对象。

下面我们来验证一下：

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

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

private:
	double _rate;
};

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

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

	return 0;
}

调试代码并转到反汇编，可以看到：

• 对于仿函数
  • 在创建Rate对象r1时，会调用Rate类的构造函数。
  • 在使用r1是，会调用Rate类的operator()重载
• 对于lambda：与仿函数的调用方式是一模一样的

本质上就是因为lambda表达式在底层被转换成了仿函数。