深入研究Lambda 在 C++14、C++17 和 C++20 中的演变
- 一、背景
- 二、C++14 中的 Lambda
- 2.1、默认参数
- 2.2、模板参数
- 2.3、广义捕获
- 2.4、从函数返回 lambda
- 三、C++17 中的 Lambda
- 四、C++20 中的 Lambda
- 总结
一、背景
Lambda 是现代 C++ 最受欢迎的功能之一。自从在 C++ 11 中引入以来，它们在 C++ 代码中无处不在。而且，自从它们在 C++11 中出现以来，它们已经发展并获得了重要的功能。其中一些功能有助于编写更具表现力的代码，并且由于现在使用 lambda 非常普遍，因此花时间学习可以用它们做什么是非常值得的。
本文目标是剖析 lambda 的主要演变过程，但不是所有的小细节。对 lambda 的基础知识不了解可以阅读博主的另一篇文章，有详细介绍。
lambda 的一般演变是赋予它们手动定义的函数对象的功能。
二、C++14 中的 Lambda
在 C++14 中，lambda 获得了 4 项主要增强功能：
- 默认参数
- 模板参数
- 广义捕获
- 从函数返回 lambda
2.1、默认参数
在 C++14 中，lambda 可以采用默认参数，就像任何函数一样：
auto myLambda = [](int x, int y = 0) {
std::cout << x << '-' << y << '\n';
};
std::cout << myLambda(1, 2) << '\n';
std::cout << myLambda(1) << '\n';
输出：
1-2
1-0
2.2、模板参数
在 C++11 中必须定义 lambda 参数的类型：
auto myLambda = [](int x){
std::cout << x << '\n';
};
在 C++14 中，可以让它们接受任何类型：
auto myLambda = [](auto&& x){
std::cout << x << '\n';
};
即使不需要处理多种类型，这对于避免重复并使代码更紧凑和可读也很有用。例如，这种 lambda：
auto myLambda = [](namespace1::namespace2::namespace3::ACertainTypeOfWidget const& widget) {
std::cout << widget.value() << '\n';
};
变成：
auto myLambda = [](auto&& widget) {
std::cout << widget.value() << '\n';
};
2.3、广义捕获
在 C++11 中，lambda 只能捕获其作用域中的现有对象：
int z = 42;
auto myLambda = [z](int x){
std::cout << x << '-' << z + 2 << '\n';
};
C++14 借助强大的lambda广义捕获，可以用几乎任何东西初始化捕获的值。示例：
int z = 42;
auto myLambda = [y = z + 2](int x) {
std::cout << x << '-' << y << '\n';
};
myLambda(1);
此代码输出以下内容：
1-44
2.4、从函数返回 lambda
Lambda 受益于 C++14 的语言功能：从函数返回，而无需指定返回类型。由于 lambda 的类型是由编译器生成的，因此在 C++11 中无法从函数返回 lambda。
/* what type should we write here ?? */
f()
{
return [](int x){ return x * 2; };
}
在 C++14 中可以通过用作返回类型来返回 lambda。这在一段代码中间有一个大的 lambda 的情况下很有用。
void f()
{
// ...
int z = 42;
auto myLambda = [z](int x) {
// ...
// ...
// ...
};
// ...
}
可以将 lambda 打包到另一个函数中，从而引入另一个抽象级别：
auto getMyLambda(int z)
{
return [z](int x) {
// ...
// ...
// ...
};
}
void f()
{
// ...
int z = 42;
auto myLambda = getMyLambda(z);
// ...
}
三、C++17 中的 Lambda
C++17 为 lambda 带来了一个重大增强：它们可以声明constexpr。
constexpr auto times2 = [] (int n) {
return n * 2;
};
然后，可以在编译时评估的上下文中使用此类 lambda：
static_assert(times2(3) == 6);
这在模板编程中特别有用。
注意：lambda 在 C++20 中变得更加有用。事实上，只有在 C++20 中，大多数 STL 算法才变得如此，并且它们可以与 lambda 一起使用，以创建在编译时评估的集合的复杂操作。
不过，有一个例外：std::array非变异访问操作在 C++ 14 中立即变为std::array constexpr，而在 C++17 中变为非变异访问操作constexpr。
捕获 *this 的副本：lambda 在 C++17 中获得的另一个特性是捕获*this的副本的简单语法。
示例：
struct MyType{
int m_value;
auto getLambda() {
return [this](){ return m_value; };
}
};
此 lambda 捕获this指针的副本。如果 lambda 的生存期超过对象的生存期，则可能会导致内存错误，例如：
auto lambda = MyType{42}.getLambda();
lambda();
由于MyType在第一个语句的末尾被销毁，因此第二个语句调用的lambda取消了this引用访问其m_value ，但this指向一个被销毁的对象。这会导致未定义的行为，通常是应用程序崩溃。
解决此问题是在 lambda 中捕获整个*this对象的副本。C++17 提供了语法来实现这一点。
struct MyType
{
int m_value;
auto getLambda() {
return [*this](){ return m_value; };
}
};
当然，在 C++ 14 中使用广义捕获已经可以实现相同的结果：
struct MyType
{
int m_value;
auto getLambda() {
return [self = *this](){ return self.m_value; };
}
};
只是C++17 使语法更好。
四、C++20 中的 Lambda
Lambda 在 C++ 20 中得到进一步发展，但其功能不如 C++ 或 C++ 17 那么基本。C++ 20 中 lambda 的一个增强功能是定义模板的经典语法，使它们更接近手动定义的函数对象：
auto myLambda = []<typename T>(T&& value){ std::cout << value << '\n'; };
这使得访问模板参数类型比使用 表达式（如auto&&）的 C++ lambda 模板更容易。
另一个改进是能够捕获可变参数包：
template<typename... Ts>
void f(Ts&&... args)
{
auto myLambda = [...args = std::forward<Ts>(args)](){};
}
总结
本文讨论了lambda从C++14到C++20的主要改进。但也还有更多没有总结进来。这些主要功能伴随着许多小特性使 lambda 代码更易于编写。
深入研究 lambda 是更好地了解 C++ 语言的绝佳机会，这是一个值得投入的时间。
