C++11：超进化--lambda表达式

一、lambda表达式的引入

二、lambda表达式的语法

2.1lambda表达式各部分说明

2.2lambda函数的初步使用

2.3详谈捕捉列表

2.3.1[var][&var]

2.3.2[=]传值捕捉当前域所有对象

2.3.3[&]传引用捕捉所有对象

2.3.4[&,val]混合捕捉

编辑三、lambda底层、lambda与函数对象

3.1lambda与容器适配器的配合使用

一、lambda表达式的引入

C++历经千秋，一直作为其他新语言诞生和发明的参照和基石，而C++11中，C++也对其他语言取其精华，本章的lambda就是包含弄弄python气息的一个表达式

之前我们进行自定义类型的比较时，往往需要用到仿函数，比如下面的场景：

#include <algorithm>
#include <functional>
int main()
{
	int array[] = { 4,1,8,5,3,7,0,9,2,6 };
	// 默认按照小于比较，排出来结果是升序
	std::sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
	// 如果需要降序，需要改变元素的比较规则
	std::sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]), greater<int>());
	return 0;
}

但在有些场景下，即使是仿函数比较起来也非常困难，比如需要比较排序的对象的类型为自定义类型时，就需要用户去自己实现比较函数。

struct Goods
{
	string _name;  // 名字
	double _price; // 价格
	int _evaluate; // 评价
	Goods(const char* str, double price, int evaluate)
		:_name(str)
		, _price(price)
		, _evaluate(evaluate)
	{}
};
struct ComparePriceLess
{
	bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
	{
		return gl._price < gr._price;
	}
};
struct ComparePriceGreater
{
	bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
	{
		return gl._price > gr._price;
	}
};
int main()
{
	vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,
   3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };
	sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());
	sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());
}

随着C++语法的发展，人们开始觉得上面的写法太复杂了，每次为了实现一个algorithm算法，

都要重新去写一个类，如果每次比较的逻辑不一样，还要去实现多个类，特别是相同类的命名，

这些都给编程者带来了极大的不便。因此，在C++11语法中出现了Lambda表达式。

二、lambda表达式的语法

lambda表达式书写格式：[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement }

2.1lambda表达式各部分说明

[capture-list] : 捕捉列表，该列表总是出现在lambda函数的开始位置，编译器根据[]来

判断接下来的代码是否为lambda函数，捕捉列表能够捕捉上下文中的变量供lambda

函数使用。 （必写）

(parameters)： 参数列表。与普通函数的参数列表一致，如果不需要参数传递，则可以

连同()一起省略。 （不传参可以不写）

mutable： 默认情况下，lambda函数总是一个const函数，mutable可以取消其常量

性。使用该修饰符时，参数列表不可省略(即使参数为空)。 （一般不需要写）

->returntype： 返回值类型。用追踪返回类型形式声明函数的返回值类型，没有返回

值时此部分可省略。返回值类型明确情况下，也可省略，由编译器对返回类型进行推

导。 （一般不需要写）

{statement}： 函数体。在该函数体内，除了可以使用其参数外，还可以使用所有捕获

到的变量。 （必写）

注意：

在lambda函数定义中，参数列表和返回值类型都是可选部分，而捕捉列表和函数体可以为

空。因此C++11中最简单的lambda函数为：[]{}; 该lambda函数不能做任何事情。

总结一下，lambda就是一个局部的匿名函数对象。

int main()
{
	// 最简单的lambda表达式, 该lambda表达式没有任何意义
	[] {};

	// 省略参数列表和返回值类型，返回值类型由编译器推导为int
	int a = 3, b = 4;
	[=] {return a + 3; };

	// 省略了返回值类型，无返回值类型
	auto fun1 = [&](int c) {b = a + c; };
	fun1(10)
		cout<< a << " " << b << endl;

	// 各部分都很完善的lambda函数
	auto fun2 = [=, &b](int c)->int {return b += a + c; };
	cout << fun2(10) << endl;

	// 复制捕捉x
	int x = 10;
	auto add_x = [x](int a) mutable { x *= 2; return a + x; };
	cout << add_x(10) << endl;
	return 0;
}

通过上述例子可以看出，lambda表达式实际上可以理解为无名函数，该函数无法直接调

用，如果想要直接调用，可借助auto将其赋值给一个变量。

2.2lambda函数的初步使用

比如用一个lambda表达式实现一个简单的加法函数、swap函数：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	auto add = [](int a, int b)->int {return a + b; };
	cout << add(1, 2) << endl;

	auto myswap = [](int& a, int& b)->void {
		int tmp = a;
		a = b;
		b = tmp;
	};

	int gaz = 10, lsl = 20;
	myswap(gaz, lsl);
	cout << gaz <<" "<< lsl << endl;
	return 0;
}

而根据上面的规则我们也可以不写返回值或参数列表，编译器可以进行自动推导：

还有最简洁的写法：

而了解lambda的使用方法后，我们再对上面的商品价格进行排序就简单很多了。

struct Goods
{
	string _name;// 名字
	double _price;// 价格
	int _evaluate;// 评价
	Goods(const char* str, double price, int evaluate)
		:_name(str)
		,_price(price)
		,_evaluate(evaluate)
	{}
};
int main()
{
	vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,
   3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
		return g1._price < g2._price;
		});//升序排列
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
		return g1._price > g2._price;
		});//降序排列
	
}

2.3详谈捕捉列表

捕捉列表描述了上下文中那些数据可以被lambda使用，以及使用的方式传值还是传引用。

[var]：表示值传递方式捕捉变量var

[=]：表示值传递方式捕获所有父作用域中的变量(包括this)

[&var]：表示引用传递捕捉变量var

[&]：表示引用传递捕捉所有父作用域中的变量(包括this)

[this]：表示值传递方式捕捉当前的this指针

注意：

a. 父作用域指包含lambda函数的语句块

b. 语法上捕捉列表可由多个捕捉项组成，并以逗号分割。

比如：[=, &a, &b]：以引用传递的方式捕捉变量a和b，值传递方式捕捉其他所有变量

[&，a, this]：值传递方式捕捉变量a和this，引用方式捕捉其他变量

c. 捕捉列表不允许变量重复传递，否则就会导致编译错误。

比如：[=, a]：=已经以值传递方式捕捉了所有变量，捕捉a重复

d. 在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空。

e. 在块作用域中的lambda函数仅能捕捉父作用域中局部变量，捕捉任何非此作用域或者

非局部变量都

会导致编译报错。

f. lambda表达式之间不能相互赋值，即使看起来类型相同。

2.3.1[var][&var]

我们也可以通过捕捉列表[]来拿到想要的变量，可是这时直接使用会导致编译器报错，因为默认情况下lambda函数是一个const函数，如果想要修改捕捉列表中的值，必须要加mutable，注意：加mutable时必须显示写（）参数列表。

可是我们发现依旧无法改变x,y的值，因为这里是传值捕捉，类似于c语言中的传值调用，捕捉到的是当前的对象的拷贝。正确的使用方法如下所示：

int main()
{
	int x = 10, y = 20;
	//传值捕捉，捕捉的是当前的对象的拷贝
	//auto swap = [x, y]()mutable
	auto swap1 = [&x,&y]
	{
		int tmp = x;
		x = y;
		y = tmp;
	};
	swap1();
	cout << x << " " << y;
	
}

2.3.2[=]传值捕捉当前域所有对象

int main()
{
	int x = 1, y = 2;
	int lsl = 3, gaz = 4;
	//捕捉当前域所有对象
	auto func = [=] {
		return x + y * gaz - lsl;
	};
	cout << func() << endl;
}

2.3.3[&]传引用捕捉所有对象

int main()
{
	int x = 1, y = 2;
	int lsl = 3, gaz = 4;
	//传引用捕捉当前域的所有对象
	auto func = [&] {
		x++;
		y++;
		cout << x << " " << y<<endl;
		return x + y * gaz - lsl;
	};
	cout << func() << endl;
	return 0;
}

2.3.4[&,val]混合捕捉

混合捕捉，传值捕捉的对象为const，无法被修改

三、lambda底层、lambda与函数对象

class Rate
{
public:
	Rate(double rate) : _rate(rate)
	{}
	double operator()(double money, int year)
	{
		return money * _rate * year;
	}
private:
	double _rate;
};
int main()
{
	// 函数对象
	double rate = 0.49;
	Rate r1(rate);
	r1(10000, 2);
	// lamber
	auto r2 = [=](double monty, int year)->double {return monty * rate * year;
	};
	r2(10000, 2);
	return 0;
}

了解了lambda功能以后，其底层是如何实现的呢？

通过汇编可以看到，我们自定义的调用了一个operator(),而lambda也是调用了operator()

而作为auto的类型，其类型也是随机的，可能换个机器就不一样了，而参数就是operator()的参数，捕捉列表就是仿函数的成员变量，所以下面的f2不能赋值给f1。

void (*PF)();
int main()
{
	auto f1 = [] {cout << "hello world" << endl; };
	auto f2 = [] {cout << "hello world" << endl; };
	// 此处先不解释原因，等lambda表达式底层实现原理看完后，大家就清楚了
 //f1 = f2;   // 编译失败--->提示找不到operator=()
	// 允许使用一个lambda表达式拷贝构造一个新的副本
	auto f3(f2);
	f3();
	// 可以将lambda表达式赋值给相同类型的函数指针
	PF = f2;
	PF();
	return 0;
}