C++11 Lambda函数

Lambda函数

C++11新增了lambda函数，其基本格式如下

[捕捉列表] (参数) mutable -> 返回值类型 {函数体}

说明

• []是lambda的引出符，捕捉列表能够捕捉上下文中的变量，来供lambda函数使用：

　　　　[var] 表示以值传递方式捕捉变量var

　　　　[=] 表示值传递捕捉所有父作用域变量

　　　　[&var] 表示以引用传递方式捕捉变量var

　　　　[&] 表示引用传递捕捉所有父作用域变量

　　　　[this] 表示值传递方式捕捉当前的this指针

    　　　还有一些组合：

　　　　[=,&a] 表示以引用传递方式捕捉a,值传递方式捕捉其他变量

    　　　注意：

    　　　捕捉列表不允许变量重复传递，如：[=,a]、[&,&this]，会引起编译时期的错误

• 参数列表与普通函数的参数列表一致。如果不需要传递参数，可以联连同()一同【省略】。

• mutable 可以取消Lambda的常量属性，因为Lambda默认是const属性；multable仅仅是让Lamdba函数体修改值传递的变量，但是修改后并不会影响外部的变量。

• ->返回类型如果是void时，可以连->一起【省略】，如果返回类型很明确，可以省略，让编译器自动推倒类型。

• 函数体和普通函数一样，除了可以使用参数之外，还可以使用捕获的变量。

最简单的Lambda函数：

[]{}

实例：

int main(int argc, char* argv[])
{
    int a = 5, b = 7;
    auto total = [](int x, int y)->int {return x + y; };    //接受两个参数
    cout << total(a, b)<<endl;  //12
    auto fun1 = [=] {return a + b; };   //值传递捕捉父作用域变量
    cout << fun1() << endl; //12
    auto fun2 = [&](int c) {b = a + c; a = 1; };    //省略了返回值类型，引用捕获所有
    fun2(3);    //1 8
    cout << a <<" "<< b << endl;
    a = 5; b = 7;   //被修改后，重新赋值
    auto fun3 = [=, &b](int c) mutable {b = a + c; a = 1; };    //以值传递捕捉的变量，在函数体里如果要修改，要加mutaple,因为默认const修饰
    fun3(3);
    cout << a << " " <<b<< endl;    //5,8
    a = 5; b = 7;   //被修改后，重新赋值
    auto fun4 = [=](int x, int y) mutable->int {a += x; b += y; return a + b; };
    int t = fun4(10, 20);
    cout << t << endl;  //42
    cout << a <<" "<< b << endl;    //5 7
    return 0;
}

　　块作用域以外的Lambda函数捕捉列表必须为空，因此这样的函数除了语法上的不同，和普通函数区别不大。

　　块作用域以内的Lambda函数仅能捕捉块作用域以内的自动变量，捕捉任何非此作用域或非自动变量(静态变量)，都会引起编译器报错。

　　改为引用依旧会报错。

Lambda函数与仿函数的关系

　　在C++11之前，STL中的一些算法需要使用一种函数对象---仿函数(functor)；其本质是重新定义和成员函数operator()，使其使用上很像普通函数，其实，细心的我们已经发现，Lambda函数与仿函数似乎有一些默契。

如下例子：折扣

class Price
{
private:
    float _rate;
public:
    Price(float rate):_rate(rate){}
    float operator()(float price)
    {
        return price*(1 - _rate / 100);
    }
};
 
int main(int argc, char* argv[])
{
    float rate=5.5f;
 
    Price c1(rate);
    auto c2 = [rate](float price)->float {return price*(1 - rate / 100); };
 
    float p1 = c1(3699);    //仿函数
    float p2 = c2(3699);    //Lambda函数
 
    return 0;
}

　　仿函数以rate初始化,Lambda捕捉rate变量，参数传递上，两者一致。

事实上，仿函数就是实现Lambda函数一种方式，编译器通常会把Lambda函数转换为一个放函数对象，但是仿函数的语法却给我们带来了很大的便捷。

在C++11中，Lambda函数被广泛使用，很多仿函数被取代。

Lambda与static inline函数

　　Lambda函数可以省略外部声明的static inline函数，其相当于一个局部函数。局部函数仅属于父作用域，

比起外部的static inline函数，或者是自定义的宏，Lambda函数并没有实际运行时的性能优势(但也不会差)，但是Lambda函数可读性更好。

父函数结束后，该Lambda函数就不再可用了，不会污染任何名字空间。

关于值传递捕捉和mutable

　　上面提到过mutable 可以取消Lambda的常量属性，如果值传递想要在函数域内修改就要加mutable

先看一个例子：

int main(int argc, char* argv[])
{
    int j = 12;
    auto by_val = [=] {return j + 1; };
    auto by_ref = [&] {return j + 1; };
    cout << by_val() << endl;   //13
    cout << by_ref() << endl;   //13
    j++;
    cout << by_val() << endl;   //13
    cout << by_ref() << endl;   //14
    return 0;
}

　　上面的例子，j++了之后调用值传递结果依旧是12，原因是，值传递j被视为一个常量，一旦初始化，就不会再修改（可以认为是一个和父作用域中j同名的常量），而再引用捕捉中，j仍然是父作用域中的值。

　　其实一个值传递的的Lambda转换为放函数后，会成为一个class的常量成员函数，

代码基本如下：

class const_val_lambda
{
public:
    const_val_lambda(int v):val(v){}
public:
    void operator()()const { val = 3; } //报错
private:
    int val;
};

　　但是使用引用的方式不会报错，因为不会改变引用本身，只会改变引用的值

　　准确地讲，现有C++11标准中的lambda等价的是有常量operatorO的仿函数。因此在使用捕捉列表的时候必须注意，按值传递方式捕捉的变量是lambda函数中不可更改的常量。标准这么设计可能是源自早期STL算法一些设计上的缺陷（对仿函数没有做限制，从而导致一些设计不算特别良好的算法出错）。而更一般地讲，这样的设计有其合理性，改变从上下文中拷贝而来的临时变量通常不具有任何意义。绝大多数时候，临时变量只是用于lambda函数的输入，如果需要输出结果到上下文，我们可以使用引用，或者通过让lambda函数返回值来实现。此外，lambda函数的mutable修饰符可以消除其常量性，不过这实际上只是提供了一种语法上的可能性，现实中应该没有多少需要使用mutable的lambda函数的地方。大多数时候，我们使用默认版本的（非mutable）的lambda函数也就足够了。

Lambda函数与函数指针

　　Lambda函数并不是简单的函数指针类型，或者自定义类型；每个Lambda函数会产生一个闭包类型的临时对象(右值)。但是C++11允许Lambda函数向函数指针的转换，前提是：

　　　　Lambda没有捕捉任何变量

　　　　函数指针所示的函数原型，必须和Lambda有相同的调用方式

int main(int argc, char* argv[])
{
    int a = 3, b = 4;
 
    auto total = [](int x, int y)->int {return x + y; };
    typedef int(*all)(int x, int y);
    typedef int(*one)(int x);
 
    all p;
    p = total;
    one q;
    q = total;  //报错,参数不一致
 
    decltype(total) all_1 = total;
    decltype(total) all_2 = p;  //报错，指针无法转换为Lambda
 
    return 0;
}

Lambda与STL

　　从C++11开始，Lambda被广泛用在STL中，比如foreach。与函数指针比起来，函数指针有巨大的缺陷：1.函数定义在别处，阅读起来很困难；2.使用函数指针，很可能导致编译器不对其进行inline优化，循环次数太多时，函数指针和Lambda比起来性能差距太大。函数2指针不能应用在一些运行时才能决定的状态，在没有C++11时，只能用仿函数。使得学习STL算法的代价大大降低。

　　但是Lambda并不是仿函数的完全代替者。由Lambda的捕捉列表的限制造成的，仅能捕捉副作用域的变量。放函数具有天生跨作用域共享的特征。