c++ Lambda表达式详解

发布时间 2023-07-25 18:50:33作者: Plus301

1.Lambda表达式概述

​ Lambda表达式是现代C++在C ++ 11和更高版本中的一个新的语法糖 ,在C++11、C++14、C++17和C++20中Lambda表达的内容还在不断更新。 lambda表达式(也称为lambda函数)是在调用或作为函数参数传递的位置处定义匿名函数对象的便捷方法。通常,lambda用于封装传递给算法或异步方法的几行代码 。本文主要介绍Lambda的工作原理以及使用方法。

2.Lambda表达式定义

2.1 Lambda表达式示例

Lambda有很多叫法,有Lambda表达式、Lambda函数、匿名函数,本文中为了方便表述统一用Lambda表达式进行叙述。 ISO C ++标准官网展示了一个简单的lambda 表示式实例:

#include <algorithm>
#include <cmath>

void abssort(float* x, unsigned n) {
    std::sort(x, x + n,
        // Lambda expression begins
        [](float a, float b) {
            return (std::abs(a) < std::abs(b));
        } // end of lambda expression
    );
}

在上面的实例中std::sort函数第三个参数应该是传递一个排序规则的函数,但是这个实例中直接将排序函数的实现写在应该传递函数的位置,省去了定义排序函数的过程,对于这种不需要复用,且短小的函数,直接传递函数体可以增加代码的可读性。

2.2 Lambda表达式语法定义

 

1.捕获列表。在C ++规范中也称为Lambda导入器, 捕获列表总是出现在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,捕获列表能够捕捉上下文中的变量以供Lambda函数使用。
2.参数列表。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.可变规格*。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.异常说明。用于Lamdba表达式内部函数抛出异常。
5.返回类型。 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。
6.lambda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。

2.3 Lambda表达式参数详解

2.3.1 Lambda捕获列表

Lambda表达式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“[]”包括起来的是捕获列表,捕获列表由多个捕获项组成,并以逗号分隔。捕获列表有以下几种形式:

  • []表示不捕获任何变量
auto function = ([]{
		std::cout << "Hello World!" << std::endl;
	}
);

function();
  • [var]表示值传递方式捕获变量var
int num = 100;
auto function = ([num]{
		std::cout << num << std::endl;
	}
);

function();
  • [=]表示值传递方式捕获所有父作用域的变量(包括this)
int index = 1;
int num = 100;
auto function = ([=]{
			std::cout << "index: "<< index << ", " 
                << "num: "<< num << std::endl;
	}
);

function();
  • [&var]表示引用传递捕捉变量var
int num = 100;
auto function = ([&num]{
		num = 1000;
		std::cout << "num: " << num << std::endl;
	}
);

function();
  • [&]表示引用传递方式捕捉所有父作用域的变量(包括this)
int index = 1;
int num = 100;
auto function = ([&]{
		num = 1000;
		index = 2;
		std::cout << "index: "<< index << ", " 
            << "num: "<< num << std::endl;
	}
);

function();
  • [this]表示值传递方式捕捉当前的this指针
#include <iostream>
using namespace std;
 
class Lambda
{
public:
    void sayHello() {
        std::cout << "Hello" << std::endl;
    };

    void lambda() {
        auto function = [this]{ 
            this->sayHello(); 
        };

        function();
    }
};
 
int main()
{
    Lambda demo;
    demo.lambda();
}
  • [=, &] 拷贝与引用混合
    • [=,&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。
int index = 1;
int num = 100;
auto function = ([=, &index, &num]{
		num = 1000;
		index = 2;
		std::cout << "index: "<< index << ", " 
            << "num: "<< num << std::endl;
	}
);

function();
  • [&,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:

  • [=,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;

  • [&,&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。

如果lambda主体total通过引用访问外部变量,并factor通过值访问外部变量,则以下捕获子句是等效的:

[&total, factor]
[factor, &total]
[&, factor]
[factor, &]
[=, &total]
[&total, =]

2.3.2 Lambda参数列表

除了捕获列表之外,lambda还可以接受输入参数。参数列表是可选的,并且在大多数方面类似于函数的参数列表。

auto function = [] (int first, int second){
    return first + second;
};
	
function(100, 200);

2.3.3 可变规格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)。

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
   int m = 0;
   int n = 0;
   [&, n] (int a) mutable { m = ++n + a; }(4);
   cout << m << endl << n << endl;
}

2.3.4 异常说明

你可以使用 throw() 异常规范来指示 lambda 表达式不会引发任何异常。与普通函数一样,如果 lambda 表达式声明 C4297 异常规范且 lambda 体引发异常,Visual C++ 编译器将生成警告 throw() 。

int main() // C4297 expected 
{ 
 	[]() throw() { throw 5; }(); 
}