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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,让编译器自动推导类型。
- 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:
[]{
}
用法举例:
#include <iostream>
using namespace std;
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);
cout << a <<" "<< b << endl; //1 8
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 << fun4(10, 20) << endl; //72
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。
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。
先上个例子:
#include <iostream>
using namespace std;
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
#include <iostream>
using namespace std;
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:
- 函数定义在别处,阅读起来很困难;
- 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。