C++中的Lambda表達式詳解

2020-01-26 15:14:38

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供稿：網友

我是搞C++的

一直都在提醒自己，我是搞C++的；但是當C++11出來這么長時間了，我卻沒有跟著隊伍走，發現很對不起自己的身份，也還好，發現自己也有段時間沒有寫C++代碼了。今天看到了C++中的Lambda表達式，雖然用過C#的，但是C++的，一直沒有用，也不知道怎么用，就可憐的連Lambda語法都看不懂。好了，這里就對C++中的Lambda進行一個簡單的總結，就算是對自己的一個交代，我是搞C++的，我是一個C++ programmer。

一段簡單的Code

我也不是文藝的人，對于Lambda的歷史，以及Lambda與C++的那段淵源，我也不是很熟悉，技術人，講究拿代碼說事。

復制代碼代碼如下:

#include<iostream>
using namespace std;
 
int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
 
    auto func = [=, &b](int c)->int {return b += a + c;};
    return 0;
}

當我第一次看到這段代碼時，我直接凌亂了，直接看不懂啊。上面這段代碼，如果你看懂了，下面的內容就當時復習了；如果看不懂了，就接著和我一起總結吧。

基本語法

簡單來說，Lambda函數也就是一個函數，它的語法定義如下：

復制代碼代碼如下:

[capture](parameters) mutable ->return-type{statement}

1.[capture]：捕捉列表。捕捉列表總是出現在Lambda函數的開始處。實際上，[]是Lambda引出符。編譯器根據該引出符判斷接下來的代碼是否是Lambda函數。捕捉列表能夠捕捉上下文中的變量以供Lambda函數使用;

2.(parameters)：參數列表。與普通函數的參數列表一致。如果不需要參數傳遞，則可以連同括號“()”一起省略;

3.mutable：mutable修飾符。默認情況下，Lambda函數總是一個const函數，mutable可以取消其常量性。在使用該修飾符時，參數列表不可省略（即使參數為空）;

4.->return-type：返回類型。用追蹤返回類型形式聲明函數的返回類型。我們可以在不需要返回值的時候也可以連同符號”->”一起省略。此外，在返回類型明確的情況下，也可以省略該部分，讓編譯器對返回類型進行推導;

5.{statement}：函數體。內容與普通函數一樣，不過除了可以使用參數之外，還可以使用所有捕獲的變量。

與普通函數最大的區別是，除了可以使用參數以外，Lambda函數還可以通過捕獲列表訪問一些上下文中的數據。具體地，捕捉列表描述了上下文中哪些數據可以被Lambda使用，以及使用方式（以值傳遞的方式或引用傳遞的方式）。語法上，在“[]”包括起來的是捕捉列表，捕捉列表由多個捕捉項組成，并以逗號分隔。捕捉列表有以下幾種形式：

1.[var]表示值傳遞方式捕捉變量var；
2.[=]表示值傳遞方式捕捉所有父作用域的變量（包括this）；
3.[&var]表示引用傳遞捕捉變量var；
4.[&]表示引用傳遞方式捕捉所有父作用域的變量（包括this）；
5.[this]表示值傳遞方式捕捉當前的this指針。

上面提到了一個父作用域，也就是包含Lambda函數的語句塊，說通俗點就是包含Lambda的“{}”代碼塊。上面的捕捉列表還可以進行組合，例如：

1.[=,&a,&b]表示以引用傳遞的方式捕捉變量a和b，以值傳遞方式捕捉其它所有變量;
2.[&,a,this]表示以值傳遞的方式捕捉變量a和this，引用傳遞方式捕捉其它所有變量。

不過值得注意的是，捕捉列表不允許變量重復傳遞。下面一些例子就是典型的重復，會導致編譯時期的錯誤。例如：

3.[=,a]這里已經以值傳遞方式捕捉了所有變量，但是重復捕捉a了，會報錯的;
4.[&,&this]這里&已經以引用傳遞方式捕捉了所有變量，再捕捉this也是一種重復。

Lambda的使用

對于Lambda的使用，說實話，我沒有什么多說的，個人理解，在沒有Lambda之前的C++ , 我們也是那樣好好的使用，并沒有對缺少Lambda的C++有什么抱怨，而現在有了Lambda表達式，只是更多的方便了我們去寫代碼。不知道大家是否記得C++ STL庫中的仿函數對象，仿函數想對于普通函數來說，仿函數可以擁有初始化狀態，而這些初始化狀態是在聲明仿函數對象時，通過參數指定的，一般都是保存在仿函數對象的私有變量中;在C++中，對于要求具有狀態的函數，我們一般都是使用仿函數來實現，比如以下代碼：

復制代碼代碼如下:

#include<iostream>
using namespace std;
 
typedef enum
{
    add = 0,
    sub,
    mul,
    divi
}type;
 
class Calc
{
    public:
        Calc(int x, int y):m_x(x), m_y(y){}
 
        int operator()(type i)
        {
            switch (i)
            {
                case add:
                    return m_x + m_y;
                case sub:
                    return m_x - m_y;
                case mul:
                    return m_x * m_y;
                case divi:
                    return m_x / m_y;
            }
        }
 
    private:
        int m_x;
        int m_y;
};
 
int main()
{
    Calc addObj(10, 20);
    cout<<addObj(add)<<endl; // 發現C++11中，enum類型的使用也變了，更“強”了                                                                                                                                              
    return 0;
}

現在我們有了Lambda這個利器，那是不是可以重寫上面的實現呢？看代碼：

復制代碼代碼如下:

#include<iostream>
using namespace std;
      
typedef enum
{     
    add = 0,
    sub,
    mul,
    divi
}type;
      
int main()
{     
    int a = 10;
    int b = 20;
      
    auto func = [=](type i)->int {
        switch (i)
        {
            case add:
                return a + b;
            case sub:
                return a - b;
            case mul:
                return a * b;
            case divi:
                return a / b;
        }
    };
      
    cout<<func(add)<<endl;
}

顯而易見的效果，代碼簡單了，你也少寫了一些代碼，也去試一試C++中的Lambda表達式吧。

關于Lambda那些奇葩的東西

看以下一段代碼：

復制代碼代碼如下:

#include<iostream>         
using namespace std;       
                           
int main()                 
{                          
    int j = 10;            
    auto by_val_lambda = [=]{ return j + 1; };
    auto by_ref_lambda = [&]{ return j + 1; };
    cout<<"by_val_lambda: "<<by_val_lambda()<<endl;
    cout<<"by_ref_lambda: "<<by_ref_lambda()<<endl;
                           
    ++j;                   
    cout<<"by_val_lambda: "<<by_val_lambda()<<endl;
    cout<<"by_ref_lambda: "<<by_ref_lambda()<<endl;
                           
    return 0;              
}

程序輸出結果如下：

復制代碼代碼如下:

by_val_lambda: 11
by_ref_lambda: 11
by_val_lambda: 11
by_ref_lambda: 12

你想到了么？？？那這又是為什么呢？為什么第三個輸出不是12呢？

在by_val_lambda中，j被視為一個常量，一旦初始化后不會再改變（可以認為之后只是一個跟父作用域中j同名的常量），而在by_ref_lambda中，j仍然在使用父作用域中的值。所以，在使用Lambda函數的時候，如果需要捕捉的值成為Lambda函數的常量，我們通常會使用按值傳遞的方式捕捉；相反的，如果需要捕捉的值成成為Lambda函數運行時的變量，則應該采用按引用方式進行捕捉。

再來一段更暈的代碼：

復制代碼代碼如下:

#include<iostream>                  
using namespace std;                
                                    
int main()                          
{                                   
    int val = 0;                                    
    // auto const_val_lambda = [=](){ val = 3; }; wrong!!!
                                    
    auto mutable_val_lambda = [=]() mutable{ val = 3; };
    mutable_val_lambda();           
    cout<<val<<endl; // 0
                                    
    auto const_ref_lambda = [&]() { val = 4; };
    const_ref_lambda();             
    cout<<val<<endl; // 4
                                    
    auto mutable_ref_lambda = [&]() mutable{ val = 5; };
    mutable_ref_lambda();           
    cout<<val<<endl; // 5
                                    
    return 0;      
}

這段代碼主要是用來理解Lambda表達式中的mutable關鍵字的。默認情況下，Lambda函數總是一個const函數，mutable可以取消其常量性。按照規定，一個const的成員函數是不能在函數體內修改非靜態成員變量的值。例如上面的Lambda表達式可以看成以下仿函數代碼：

復制代碼代碼如下:

class const_val_lambda
{
public:
    const_val_lambda(int v) : val(v) {}
    void operator()() const { val = 3; } // 常量成員函數
 
private:
    int val;
};

對于const的成員函數，修改非靜態的成員變量，所以就出錯了。而對于引用的傳遞方式，并不會改變引用本身，而只會改變引用的值，因此就不會報錯了。都是一些糾結的規則。慢慢理解吧。

總結

對于Lambda這種東西，有的人用的非常爽，而有的人看著都不爽。仁者見仁，智者見智。不管怎么樣，作為程序員的你，都要會的。這篇文章就是用來彌補自己對C++ Lambda表達式的認知不足的過錯，以免以后在別人的代碼中看到了Lambda，還看不懂這種東西，那就丟大人了。

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