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C++匿名函数lambda详解

发布时间:2022/11/17 2:03:30

匿名函数lambda

  • 一、匿名函数的基本语法
  • 二、捕获列表
    • 2.1、值捕获
    • 2.2、引用捕获
    • 2.3、隐式捕获
    • 2.4、空捕获列表
    • 2.5、表达式捕获
    • 2.6、泛型 Lambda
    • 2.7、可变lambda
    • 2.8、混合捕获
    • 2.10、Lambda捕获列表总结
  • 总结
  • 后言

一、匿名函数的基本语法

[捕获列表](参数列表) mutable(可选) 异常属性 -> 返回类型 {
	// 函数体
}

语法规则:lambda表达式可以看成是一般函数的函数名被略去,返回值使用了一个 -> 的形式表示。唯一与普通函数不同的是增加了“捕获列表”。

// lambda_test lambda_test.cc
#include <iostream>

using namespace std;

void test01()
{
	cout << "test01" << endl;
	auto Add = [](int a, int b) -> int {
		return a + b;
	};

	cout << Add(1, 2) << endl;
}

int main(int argc,char **argv)
{
	test01();

	return 0;
}

编译(要指定-std=c++11):

g++ -o lambda_test lambda_test.cc -std=c++11

输出结果:

$ ./lambda_test
test01
3

一般情况下,编译器可以自动推断出lambda表达式的返回类型,所以我们可以不指定返回类型,即:

// lambda_test lambda_test.cc
#include <iostream>

using namespace std;

void test02()
{
	cout << "test02" << endl;
	auto Add = [](int a, int b){
		return a + b;
	};

	cout << Add(1, 2) << endl;
}

int main(int argc,char **argv)
{
	//test01();
	test02();
	return 0;
}

但是如果函数体内有多个return语句时,编译器无法自动推断出返回类型,此时必须指定返回类型。

二、捕获列表

有时候,需要在匿名函数内使用外部变量,所以用捕获列表来传递参数。根据传递参数的行为,捕获列表可分为以下几种:

2.1、值捕获

与参数传值类似,值捕获的前提是变量可以拷贝,不同之处则在于,被捕获的变量在 lambda表达式被创建时拷贝,而不是在调用时才拷贝:

// lambda_test lambda_test.cc
#include <iostream>

using namespace std;

void test03()
{
	cout << "test03" << endl;
	int c = 20;
	int d = 30;
	auto Add = [c,d](int a, int b) {
		cout << "d = "<< d << endl;
		return c;
	};

	d = 10; // 在这里修改 d 的值,会改变 Add里的 d 值吗?

	cout << Add(1, 2) << endl;
}


int main(int argc,char **argv)
{

	//test01();
	//test02();
	
	test03();
	
	return 0;
}

执行结果:

$ ./lambda_test
test03
d = 30
20

2.2、引用捕获

与引用传参类似,引用捕获保存的是引用,值会发生变化。

#include <iostream>

using namespace std;
void test04()
{
	cout << "test04" << endl;
	int c = 20;
	int d = 30;
	auto Add = [c, &d](int a, int b) {
		cout << "c = " << c << endl;
		cout << "d = " << d << endl;
		return c;
	};

	d = 10;//在这里修改d的值,会改变Add里的d值吗?

	cout << Add(1, 2) << endl;
}


int main(int argc,char **argv)
{

	//test01();
	//test02();
	//test03();
	test04();

	return 0;
}

执行结果:

$ ./lambda_test
test04
c = 20
d = 10
20

2.3、隐式捕获

手动书写捕获列表有时候是非常复杂的,这种机械性的工作可以交给编译器来处理,这时候可以在捕获列表中写一个 & 或 = 向编译器声明采用引用捕获或者值捕获。编译器会将外部变量全部捕获。

#include <iostream>

using namespace std;

void test05()
{
	cout << "test05" << endl;
	int c = 20;
	int d = 30;
	auto Add = [&](int a, int b) {
		cout << "c = " << c << endl;
		cout << "d = " << d << endl;
		return c;
	};

	d = 10;//在这里修改d的值,会改变Add里的d值吗?

	cout << Add(1, 2) << endl;
}

void test06()
{
	cout << "test06" << endl;
	int c = 20;
	int d = 30;
	auto Add = [=](int a, int b) {
		cout << "c = " << c << endl;
		cout << "d = " << d << endl;
		return c;
	};

	d = 10;//在这里修改d的值,会改变Add里的d值吗?

	cout << Add(1, 2) << endl;
}

int main(int argc,char **argv)
{

	//test01();
	//test02();
	//test03();
	test05();
	test06();

	return 0;
}

输出:

$ ./lambda_test
test05
c = 20
d = 10
20
test06
c = 20
d = 30
20

2.4、空捕获列表

捕获列表’[]'中为空,表示Lambda不能使用所在函数中的变量。

void test07()
{
	cout << "test07" << endl;
	int c = 20;
	int d = 30;
	auto Add = [](int a, int b) {
		cout << "c = " << c << endl; // 编译报错
		cout << "d = " << d << endl; // 编译报错
		return c;					 // 编译报错
	};

	d = 10;

	cout << Add(1, 2) << endl;
}

编译报错:

lambda_test.cc:95:14: note: the lambda has no capture-default
  auto Add = [](int a, int b) {
              ^
lambda_test.cc:93:6: note: ‘int c’ declared here
  int c = 20;
      ^
lambda_test.cc:97:21: error: ‘d’ is not captured
   cout << "d = " << d << endl;

2.5、表达式捕获

上面提到的值捕获、引用捕获都是已经在外层作用域声明的变量,因此这些捕获方式捕获的均为左值,而不能捕获右值。

C++14之后支持捕获右值,允许捕获的成员用任意的表达式进行初始化,被声明的捕获变量类型会根据表达式进行判断,判断方式与使用 auto 本质上是相同的:

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

void test08()
{
	cout << "test08" << endl;
	
	auto important = make_unique<int>(1);
	auto Add = [v1 = 1, v2 = std::move(important)](int a, int b)->int{
	
		return a + b + v1 + (*v2);
	};

	cout << Add(1, 2) << endl;
}

int main(int argc,char **argv)
{

	test08();

	return 0;
}

执行结果:

$ ./lambda_test
test08
5

2.6、泛型 Lambda

在C++14之前,lambda表示的形参只能指定具体的类型,没法泛型化。从 C++14 开始, Lambda 函数的形式参数可以使用 auto关键字来产生意义上的泛型。
简单点说,就是通过auto使lambda自适应参数类型:

#include <iostream>

using namespace std;

void test09()
{
	cout << "test09" << endl;
	auto Add = [](auto a, auto b) {
		return a + b;
	};

	cout << Add(1, 2) << endl;
	cout << Add(1.1, 2.2) << endl;
}

int main(int argc,char **argv)
{

	test09();

	return 0;
}

执行结果:

./lambda_test
test09
3
3.3

2.7、可变lambda

(1)采用值捕获的方式,lambda不能修改其值,如果想要修改,使用mutable修饰。
(2)采用引用捕获的方式,lambda可以直接修改其值。

#include <iostream>

using namespace std;

void test10()
{
	cout << "test10" << endl;
	int v = 10;
	// 值捕获方式,使用mutable修饰,可以改变捕获的变量值
	auto tes = [v]() mutable {
		return ++v;
	};

	v = 5;
	auto a = tes();// a=11;
	cout << a << endl;
}

void test11()
{
	cout << "test11" << endl;
	int v = 10;
	auto Add = [&v]{
		return v++;
	};
	v = 6;
	cout << Add() << endl;
}

int main(int argc,char **argv)
{

	test10();
	test11();

	return 0;
}

执行结果:

$ ./lambda_test
test10
11
test11
6

2.8、混合捕获

  1. 要求捕获列表中第一个元素必须是隐式捕获(&或=)。
  2. 混合使用时,若隐式捕获采用引用捕获(&)则显式捕获的变量必须采用值捕获的方式。
  3. 若隐式捕获采用值捕获(=),则显式捕获的变量必须采用引用捕获的方式。
#include <iostream>

using namespace std;

void test12()
{
	cout << "test12" << endl;
	
	int c = 12;
	int d = 30;
	int e = 30;
	// auto Add = [&, d, e](int a, int b)
	auto Add = [=, &c](int a, int b) -> int {
		c = a;
		cout << "d=" << d << ", e=" << e << endl;
		return c;
	};
	d = 20;
	cout << Add(1, 2) << endl;
	cout << "c:" << c << endl;
}

int main(int argc,char **argv)
{

	test12();

	return 0;
}

测试结果:

$ ./lambda_test
test12
d=30, e=30
1
c:1

2.10、Lambda捕获列表总结

捕获含义
[]空捕获列表,Lambda不能使用所在函数中的变量。
[names]names是一个逗号分隔的名字列表,这些名字都是Lambda所在函数的局部变量。默认情况下,这些变量会被拷贝,然后按值传递,名字前面如果使用了&,则按引用传递
[&]隐式捕获列表,Lambda体内使用的局部变量都按引用方式传递
[=]隐式捕获列表,Lanbda体内使用的局部变量都按值传递
[&,identifier_list]identifier_list是一个逗号分隔的列表,包含0个或多个来自所在函数的变量,这些变量采用值捕获的方式,其他变量则被隐式捕获,采用引用方式传递,identifier_list中的名字前面不能使用&。
[=,identifier_list]identifier_list中的变量采用引用方式捕获,而被隐式捕获的变量都采用按值传递的方式捕获。identifier_list中的名字不能包含this,且这些名字面前必须使用&。

总结

  1. lambda表达式的目的是把函数写的更加内聚;只需要在内部使用,就没必要写到外部,干扰其他函数,同时使代码更简洁。
  2. 如果捕获列表为[&],则表示所有的外部变量都按引用传递给lambda使用。
  3. 如果捕获列表为[=],则表示所有的外部变量都按值传递给lambda使用。
  4. 匿名函数构建的时候对于按值传递的捕获列表,会立即将当前可以取到的值拷贝一份作为常数,然后将该常数作为参数传递。

后言

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