C++：Lambda函數學習

該文章轉載自caimagic的博客：https://www.cnblogs.com/langzou/p/5962033.html

或許，Lambda 表達式算得上是 C++ 11 新增特性中最激動人心的一個。這個全新的特性聽起來很深奧，但卻是很多其他語言早已提供（比如 C#）或者即將提供（比如 Java）的。簡而言之，Lambda 表達式就是用于創建匿名函數的。GCC 4.5.x 和 Microsoft Visual Studio 早已提供了對 lambda 表達式的支持。在 GCC 4.7 中，默認是不開啟 C++ 11 特性的，需要添加 -std=c++11 編譯參數。而 VS2010 則默認開啟。

為什么說 lambda 表達式如此激動人心呢？舉一個例子。標準 C++ 庫中有一個常用算法的庫，其中提供了很多算法函數，比如 sort() 和 find()。這些函數通常需要提供一個“謂詞函數 predicate function”。所謂謂詞函數，就是進行一個操作用的臨時函數。比如 find() 需要一個謂詞，用于查找元素滿足的條件；能夠滿足謂詞函數的元素才會被查找出來。這樣的謂詞函數，使用臨時的匿名函數，既可以減少函數數量，又會讓代碼變得清晰易讀。

下面來看一個例子：

#include <algorithm>
#include <cmath>void abssort(float *x, unsigned N)
{std::sort(x,x + N,[](float a, float b) { return std::abs(a) < std::abs(b); });
}

從上面的例子來看，盡管支持 lambda 表達式，但 C++ 的語法看起來卻很“神奇”。lambda 表達式使用一對方括號作為開始的標識，類似于聲明一個函數，只不過這個函數沒有名字，也就是一個匿名函數。這個匿名函數接受兩個參數，a和b；其返回值是一個 bool 類型的值，注意，返回值是自動推斷的，不需要顯式聲明，不過這是有條件的！條件就是，lambda 表達式的語句只有一個 return。函數的作用是比較 a、b 的絕對值的大小。然后，在此例中，這個 lambda 表達式作為一個閉包被傳遞給 std::sort() 函數。

下面，我們來詳細解釋下這個神奇的語法到底代表著什么。

我們從另外一個例子開始：

std::cout << [](float f) { return std::abs(f); } (-3.5);

輸出值是什么？3.5！注意，這是一個函數對象（由 lambda 表達式生成），其實參是 -3.5，返回值是參數的絕對值。lambda 表達式的返回值類型是語言自動推斷的，因為std::abs()的返回值就是 float。注意，前面我們也提到了，只有當 lambda 表達式中的語句“足夠簡單”，才能自動推斷返回值類型。

C++ 11 的這種語法，其實就是匿名函數聲明之后馬上調用（否則的話，如果這個匿名函數既不調用，又不作為閉包傳遞給其它函數，那么這個匿名函數就沒有什么用處）。如果你覺得奇怪，那么來看看 JavaScript 的這種寫法：

function() {} ();
function(a) {} (-3.5);

C++ 11 的寫法完全類似 JavaScript 的語法。

如果我不想讓 lambda 表達式自動推斷類型，或者是 lambda 表達式的內容很復雜，不能自動推斷怎么辦？比如，std::abs(float)的返回值是 float，我想把它強制轉型為 int。那么，此時，我們就必須顯式指定 lambda 表達式返回值的類型：

std::cout << [](float f) -> int { return std::abs(f); } (-3.5);

這個語句與前面的不同之處在于，lambda 表達式的返回時不是 float 而是 int。也就是說，上面語句的輸出值是 3。返回值類型的概念同普通的函數返回值類型是完全一樣的。

當我們想引用一個 lambda 表達式時，我們可以使用auto關鍵字，例如：

auto lambda = [] () -> int { return val * 100; };

auto關鍵字實際會將 lambda 表達式轉換成一種類似于std::function的內部類型（但并不是std::function類型，雖然與std::function“兼容”）。所以，我們也可以這么寫：

std::function<int()> lambda = [] () -> int { return val * 100; };

如果你對std::function<int()>這種寫法感到很神奇，可以查看 C++ 11 的有關std::function的用法。簡單來說，std::function<int()>就是一個可調用對象模板類，代表一個可調用對象，接受 0 個參數，返回值是int。所以，當我們需要一個接受一個double作為參數，返回int的對象時，就可以寫作：std::function<int(double)>。

引入 lambda 表達式的前導符是一對方括號，稱為 lambda 引入符（lambda-introducer）。lambda 引入符是有其自己的作用的，不僅僅是表明一個 lambda 表達式的開始那么簡單。lambda 表達式可以使用與其相同范圍 scope 內的變量。這個引入符的作用就是表明，其后的 lambda 表達式以何種方式使用（正式的術語是“捕獲”）這些變量（這些變量能夠在 lambda 表達式中被捕獲，其實就是構成了一個閉包）。目前為止，我們看到的僅僅是一個空的方括號，其實，這個引入符是相當靈活的。例如：

float f0 = 1.0;
std::cout << [=](float f) { return f0 + std::abs(f); } (-3.5);

其輸出值是 4.5。[=] 意味著，lambda 表達式以傳值的形式捕獲同范圍內的變量。另外一個例子：

float f0 = 1.0;
std::cout << [&](float f) { return f0 += std::abs(f); } (-3.5);
std::cout << '\n' << f0 << '\n';

輸出值是 4.5 和 4.5。[&] 表明，lambda 表達式以傳引用的方式捕獲外部變量。那么，下一個例子：

float f0 = 1.0;
std::cout << [=](float f) mutable { return f0 += std::abs(f); } (-3.5);
std::cout << '\n' << f0 << '\n';

這個例子很有趣。首先，[=]意味著，lambda 表達式以傳值的形式捕獲外部變量。C++ 11 標準說，如果以傳值的形式捕獲外部變量，那么，lambda 體不允許修改外部變量，對 f0 的任何修改都會引發編譯錯誤。但是，注意，我們在 lambda 表達式前聲明了mutable關鍵字，這就允許了 lambda 表達式體修改 f0 的值。因此，我們的例子本應報錯，但是由于有 mutable 關鍵字，則不會報錯。那么，你會覺得輸出值是什么呢？答案是，4.5 和 1.0。為什么 f0 還是 1.0？因為我們是傳值的，雖然在 lambda 表達式中對 f0 有了修改，但由于是傳值的，外部的 f0 依然不會被修改。

上面的例子是，所有的變量要么傳值，要么傳引用。那么，是不是有混合機制呢？當然也有！比如下面的例子：

float f0 = 1.0f;
float f1 = 10.0f;
std::cout << [=, &f0](float a) { return f0 += f1 + std::abs(a); } (-3.5);
std::cout << '\n' << f0 << '\n';

這個例子的輸出是 14.5 和 14.5。在這個例子中，f0 通過引用被捕獲，而其它變量，比如 f1 則是通過值被捕獲。

下面我們來總結下所有出現的 lambda 引入符：

[]        // 不捕獲任何外部變量
[=]      // 以值的形式捕獲所有外部變量
[&]      // 以引用形式捕獲所有外部變量
[x, &y] // x 以傳值形式捕獲，y 以引用形式捕獲
[=, &z]// z 以引用形式捕獲，其余變量以傳值形式捕獲
[&, x]  // x 以值的形式捕獲，其余變量以引用形式捕獲

另外有一點需要注意。對于[=]或[&]的形式，lambda 表達式可以直接使用 this 指針。但是，對于[]的形式，如果要使用 this 指針，必須顯式傳入：

[this]() { this->someFunc(); }();

至此，我們已經大致了解了 C++ 11 提供的 lambda 表達式的概念。建議通過結合 lambda 表達式與std::sort()或std::for_each()這樣的標準函數來嘗試使用一下吧！

總結

以上是生活随笔為你收集整理的C++：Lambda函数学习的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。