C++学习之Lambda表达式的用法详解

目录

• 简介
• 捕获
• 原理
• Lambda回调

简介

Lambda 表达式（lambda expression）是一个匿名函数，Lambda表达式基于数学中的λ演算得名，直接对应于其中的lambda抽象（lambda abstraction），是一个匿名函数，即没有函数名的函数。Lambda表达式可以表示闭包（注意和数学传统意义上的不同）。

闭包就是能够读取其他函数内部变量的函数，可以理解成“定义在一个函数内部的函数“。在本质上，闭包是将函数内部和函数外部连接起来的桥梁。

C++中的Lambda表达式从C++11开始引入，完整的声明如下：

[ 捕获 ] <模板形参> 约束(可选)
( 形参 ) lambda说明符 约束(可选) { 函数体 }

上面的 <模板形参>、约束(可选)、lambda说明符 属于较新的标准（c++17起），一般用的比较少，后面主要说明 [ 捕获 ] 部分。

形参和函数体 与具名函数的定义一致，没有区别。

一个简单的Lambda表达式应用场景，代码如下：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> vec{ 3, 4 };
    //降序排序
    sort(vec.begin(), vec.end(), [](int a, int b) {return a > b; });
    for (size_t i = 0; i < vec.size(); i++)
    {
        cout << vec[i] << endl;
    }
}

捕获

捕获是一个含有零或更多个捕获符的逗号分隔列表，可以默认捕获符开始。

默认捕获符只有 &（以引用隐式捕获被使用的自动变量）和=（以**复制隐式捕获被使用的自动变量）。

当默认捕获符是 & 时，后继的简单捕获符不能以 & 开始。

struct S2 { void f(int i); };
void S2::f(int i)
{
    [&]{};          // OK：默认以引用捕获
    [&, i]{};       // OK：以引用捕获，但 i 以值捕获
    [&, &i] {};     // 错误：以引用捕获为默认时的以引用捕获
    [&, this] {};   // OK：等价于 [&]
    [&, this, i]{}; // OK：等价于 [&, i]
}

当默认捕获符是 = 时，后继的简单捕获符必须以 & 开始，或者为 *this (C++17 起) 或 this (C++20 起)。

struct S2 { void f(int i); };
void S2::f(int i)
{
    [=]{};          // OK：默认以复制捕获
    [=, &i]{};      // OK：以复制捕获，但 i 以引用捕获
    [=, *this]{};   // C++17 前：错误：无效语法
                    // C++17 起：OK：以复制捕获外围的 S2
    [=, this] {};   // C++20 前：错误：= 为默认时的 this
                    // C++20 起：OK：同 [=]
}

任何捕获符只可以出现一次，并且名字不能与形参相同：

struct S2 { void f(int i); };
void S2::f(int i)
{
    [i, i] {};        // 错误：i 重复
    [this, *this] {}; // 错误："this" 重复（C++17）
 
    [i] (int i) {};   // 错误：形参和捕获的名字相同
}

上面出现的两个特殊的捕获符作用如下：

this：当前对象的简单的以引用捕获

* this：当前对象的简单的以复制捕获

原理

先建一个简单的Lambda表达式示例，代码如下：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main()
{
    int sum = 0;
    int std = 1;
    vector<int> vec{ 3, 4 };    
    for_each(vec.begin(), vec.end(), [&sum,std](int x) {sum += (x+std); });
    cout << sum << endl;
}

然后在C++ Insights中查看Lambda表达式展开后的代码，完整代码如下：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main()
{
  int sum = 0;
  int std = 1;
  std::vector<int, std::allocator<int> > vec = std::vector<int, std::allocator<int> >{std::initializer_list<int>{3, 4}, std::allocator<int>()};
    
  class __lambda_11_38
  {
    public: 
    inline void operator()(int x) const
    {
      sum = sum + (x + std);
    }
    
    private: 
    int & sum;
    int std;
    public: 
    // inline /*constexpr */ __lambda_11_38(__lambda_11_38 &&) noexcept = default;
    __lambda_11_38(int & _sum, int & _std)
    : sum{_sum}
    , std{_std}
    {}
    
  };
  
  std::for_each(__gnu_cxx::__normal_iterator<int *, std::vector<int, std::allocator<int> > >(vec.begin()), __gnu_cxx::__normal_iterator<int *, std::vector<int, std::allocator<int> > >(vec.end()), __lambda_11_38(__lambda_11_38{sum, std}));
  std::cout.operator<<(sum).operator<<(std::endl);
  return 0;
}

可以看到Lambda表达式展开为类__lambda_11_38，捕获的外部变量赋值到类的成员变量上，引用捕获以指针赋值，复制捕获直接拷贝。

类__lambda_11_38重载了操作符()，它其实就是一个仿函数。

Lambda回调

在C++中可以使用模板、函数指针、抽象类和Lambda实现回调的效果，此处主要说明如何使用Lambda和function在同步线程中实现回调的效果。

类模板 std::function 是通用多态函数包装器，实例能存储、复制及调用任何可复制构造 (CopyConstructible) 的可调用 (Callable) 目标——函数、 lambda 表达式、 bind 表达式或其他函数对象，还有指向成员函数指针和指向数据成员指针。

若 std::function 不含目标，则称它为空，调用空 std::function 的目标导致抛出 std::bad_function_call 异常。

一个简单的Lambda回调，类似于C#中的事件，代码如下：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <functional>
using namespace std;

class Test
{
public:
    function<void(const int& num)> Func;
    void SetNum(int num) 
    {
        nowNum = num;
        OnFunc(nowNum);
    }
private:
    int nowNum;
    void OnFunc(const int& num)
    {
        if (Func)
        {
            // 在此处回调
            Func(num);		
        }
    }
};
int main()
{
    Test test;
    test.Func = [](const int& num)
    {
        cout << num << endl;
    };
    test.SetNum(100);
}

到此这篇关于C++学习之Lambda表达式的用法详解的文章就介绍到这了,更多相关C++ Lambda表达式内容请搜索自由互联以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持自由互联！