結合C++11新特性來學習C++中lambda表達式的用法

在 C++ 11 中，lambda 表達式（通常稱為 "lambda"）是一種在被調用的位置或作為參數傳遞給函數的位置定義匿名函數對象的簡便方法。 Lambda 通常用于封裝傳遞給算法或異步方法的少量代碼行。本文定義了 lambda 是什么，將 lambda 與其他編程技術進行比較，描述其優點，并提供一個基本示例。
Lambda 表達式的各部分
ISO C++ 標準展示了作為第三個參數傳遞給 std::sort() 函數的簡單 lambda：

#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 );}

此圖顯示了 lambda 的組成部分：

Capture 子句（在 C++ 規范中也稱為 lambda 引導。）
參數列表（可選）。（也稱為 lambda 聲明符)
可變規范（可選）。
異常規范（可選）。
尾隨返回類型（可選）。
“lambda 體”

Capture 子句

Lambda 可在其主體中引入新的變量（用 C++14），它還可以訪問（或“捕獲”）周邊范圍內的變量。 Lambda 以 Capture 子句（標準語法中的 lambda 引導）開頭，它指定要捕獲的變量以及是通過值還是引用進行捕獲。有與號 (&) 前綴的變量通過引用訪問，沒有該前綴的變量通過值訪問。
空 capture 子句 [ ] 指示 lambda 表達式的主體不訪問封閉范圍中的變量。
可以使用默認捕獲模式（標準語法中的 capture-default）來指示如何捕獲 lambda 中引用的任何外部變量：[&] 表示通過引用捕獲引用的所有變量，而 [=] 表示通過值捕獲它們。可以使用默認捕獲模式，然后為特定變量顯式指定相反的模式。例如，如果 lambda 體通過引用訪問外部變量 total 并通過值訪問外部變量 factor，則以下 capture 子句等效：

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

使用 capture-default 時，只有 lambda 中提及的變量才會被捕獲。
如果 capture 子句包含 capture-default&，則該 capture 子句的 identifier 中沒有任何 capture 可采用 & identifier 形式。同樣，如果 capture 子句包含 capture-default=，則該 capture 子句的 capture 不能采用 = identifier 形式。 identifier 或 this 在 capture 子句中出現的次數不能超過一次。以下代碼片段給出了一些示例。

struct S { void f(int i); };void S::f(int i) { [&, i]{}; // OK [&, &i]{}; // ERROR: i preceded by & when & is the default [=, this]{}; // ERROR: this when = is the default [i, i]{}; // ERROR: i repeated}

capture 后跟省略號是包擴展，如以下可變參數模板示例中所示：

template<class... Args>void f(Args... args) { auto x = [args...] { return g(args...); }; x();}

要在類方法的正文中使用 lambda 表達式，請將 this 指針傳遞給 Capture 子句，以提供對封閉類的方法和數據成員的訪問權限。有關展示如何將 lambda 表達式與類方法一起使用的示例，請參閱 Lambda 表達式的示例中的“示例：在方法中使用 Lambda 表達式”。
在使用 capture 子句時，建議你記住以下幾點（尤其是使用采取多線程的 lambda 時）：
引用捕獲可用于修改外部變量，而值捕獲卻不能實現此操作。（mutable允許修改副本，而不能修改原始項。）
引用捕獲會反映外部變量的更新，而值捕獲卻不會反映。
引用捕獲引入生存期依賴項，而值捕獲卻沒有生存期依賴項。當 lambda 以異步方式運行時，這一點尤其重要。如果在異步 lambda 中通過引用捕獲本地變量，該本地變量將很可能在 lambda 運行時消失，從而導致運行時訪問沖突。

通用捕獲 (C++14)
在 C++14 中，可在 Capture 子句中引入并初始化新的變量，而無需使這些變量存在于 lambda 函數的封閉范圍內。初始化可以任何任意表達式表示；且將從該表達式生成的類型推導新變量的類型。此功能的一個好處是，在 C++14 中，可從周邊范圍捕獲只移動的變量（例如 std::unique_ptr）并在 lambda 中使用它們。

pNums = make_unique<vector<int>>(nums);//... auto a = [ptr = move(pNums)]() {  // use ptr };

參數列表
除了捕獲變量，lambda 還可接受輸入參數。參數列表（在標準語法中稱為 lambda 聲明符）是可選的，它在大多數方面類似于函數的參數列表。

int y = [] (int first, int second){ return first + second;};

在 C++14 中，如果參數類型是泛型，則可以使用 auto 關鍵字作為類型說明符。這將告知編譯器將函數調用運算符創建為模板。參數列表中的每個 auto 實例等效于一個不同的類型參數。

auto y = [] (auto first, auto second){ return first + second;};

lambda 表達式可以將另一個 lambda 表達式作為其參數。有關詳細信息，請參閱 Lambda 表達式的示例主題中的“高階 Lambda 表達式”。
由于參數列表是可選的，因此在不將參數傳遞到 lambda 表達式，并且其 lambda-declarator: 不包含 exception-specification、trailing-return-type 或 mutable 的情況下，可以省略空括號。

可變規范
通常，lambda 的函數調用運算符為 const-by-value，但對 mutable 關鍵字的使用可將其取消。它不會生成可變的數據成員。利用可變規范，lambda 表達式的主體可以修改通過值捕獲的變量。本文后面的一些示例將顯示如何使用 mutable。
異常規范
你可以使用 throw() 異常規范來指示 lambda 表達式不會引發任何異常。與普通函數一樣，如果 lambda 表達式聲明 C4297 異常規范且 lambda 體引發異常，Visual C++ 編譯器將生成警告 throw()，如下所示：

// throw_lambda_expression.cpp// compile with: /W4 /EHsc int main() // C4297 expected{ []() throw() { throw 5; }();}

返回類型
將自動推導 lambda 表達式的返回類型。無需使用 auto 關鍵字，除非指定尾隨返回類型。 trailing-return-type 類似于普通方法或函數的返回類型部分。但是，返回類型必須跟在參數列表的后面，你必須在返回類型前面包含 trailing-return-type 關鍵字 ->。
如果 lambda 體僅包含一個返回語句或其表達式不返回值，則可以省略 lambda 表達式的返回類型部分。如果 lambda 體包含單個返回語句，編譯器將從返回表達式的類型推導返回類型。否則，編譯器會將返回類型推導為 void。下面的代碼示例片段說明了這一原則。

auto x1 = [](int i){ return i; }; // OK: return type is intauto x2 = []{ return{ 1, 2 }; }; // ERROR: return type is void, deducing      // return type from braced-init-list is not valid

lambda 表達式可以生成另一個 lambda 表達式作為其返回值。有關詳細信息，請參閱 Lambda 表達式的示例中的“高階 Lambda 表達式”。
Lambda 體
lambda 表達式的 lambda 體（標準語法中的 compound-statement）可包含普通方法或函數的主體可包含的任何內容。普通函數和 lambda 表達式的主體均可訪問以下變量類型：

從封閉范圍捕獲變量，如前所述。
參數
本地聲明變量
類數據成員（在類內部聲明并且捕獲 this 時）
具有靜態存儲持續時間的任何變量（例如，全局變量）

以下示例包含通過值顯式捕獲變量 n 并通過引用隱式捕獲變量 m 的 lambda 表達式：

// captures_lambda_expression.cpp// compile with: /W4 /EHsc #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;}

輸出：

由于變量 n 是通過值捕獲的，因此在調用 lambda 表達式后，變量的值仍保持 0 不變。 mutable 規范允許在 lambda 中修改 n。
盡管 lambda 表達式只能捕獲具有自動存儲持續時間的變量，但你可以在 lambda 表達式的主體中使用具有靜態存儲持續時間的變量。以下示例使用 generate 函數和 lambda 表達式為 vector 對象中的每個元素賦值。 lambda 表達式將修改靜態變量以生成下一個元素的值。

void fillVector(vector<int>& v){ // A local static variable. static int nextValue = 1; // The lambda expression that appears in the following call to // the generate function modifies and uses the local static  // variable nextValue. generate(v.begin(), v.end(), [] { return nextValue++; });  //WARNING: this is not thread-safe and is shown for illustration only}

下面的代碼示例使用上一示例中的函數，并添加了使用 STL 算法 generate_n 的 lambda 表達式的示例。該 lambda 表達式將 vector 對象的元素指派給前兩個元素之和。使用了 mutable 關鍵字，以使 lambda 表達式的主體可以修改 lambda 表達式通過值捕獲的外部變量 x 和 y 的副本。由于 lambda 表達式通過值捕獲原始變量 x 和 y，因此它們的值在 lambda 執行后仍為 1。

// compile with: /W4 /EHsc#include <algorithm>#include <iostream>#include <vector>#include <string>using namespace std;template <typename C> void print(const string& s, const C& c) { cout << s; for (const auto& e : c) { cout << e << " "; } cout << endl;}void fillVector(vector<int>& v){ // A local static variable. static int nextValue = 1; // The lambda expression that appears in the following call to // the generate function modifies and uses the local static  // variable nextValue. generate(v.begin(), v.end(), [] { return nextValue++; }); //WARNING: this is not thread-safe and is shown for illustration only}int main(){ // The number of elements in the vector. const int elementCount = 9; // Create a vector object with each element set to 1. vector<int> v(elementCount, 1); // These variables hold the previous two elements of the vector. int x = 1; int y = 1; // Sets each element in the vector to the sum of the  // previous two elements. generate_n(v.begin() + 2, elementCount - 2, [=]() mutable throw() -> int { // lambda is the 3rd parameter // Generate current value. int n = x + y; // Update previous two values. x = y; y = n; return n; }); print("vector v after call to generate_n() with lambda: ", v); // Print the local variables x and y. // The values of x and y hold their initial values because  // they are captured by value. cout << "x: " << x << " y: " << y << endl; // Fill the vector with a sequence of numbers fillVector(v); print("vector v after 1st call to fillVector(): ", v); // Fill the vector with the next sequence of numbers fillVector(v); print("vector v after 2nd call to fillVector(): ", v);}

輸出：

  vector v after call to generate_n() with lambda: 1 1 2 3 5 8 13 21 34x: 1 y: 1vector v after 1st call to fillVector(): 1 2 3 4 5 6 7 8 9vector v after 2nd call to fillVector(): 10 11 12 13 14 15 16 17 18