【C++】C++11--- lambda表达式

目录

Lambda表达式概述

Lambda表达式语法定义

Lambda表达式参数详解

Lambda捕获列表

捕获列表总结

Lambda参数列表

可变规则mutable

lambda表达式原理


Lambda表达式概述

当对自定义类型的数据集合进行排序时,需要根据自定义类型的不同属性去实现不同的排序方法,比如对若干商品分别按照价格和数量进行升序或者降序排序;

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)
	{}
};

对一个数据集合中的元素进行排序,可以使用sort函数,但由于这里待排序的元素为自定义类型,因此需要用户自定义排序时的比较规则;

sort函数的的第三个参数要求传入的是一个可调用对象,可调用对象有: 函数指针,仿函数,选择通过仿函数自定义比较规则;

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());//按价格升序排序
	vector<Goods>::iterator it1 = v.begin();
	while (it1 != v.end())
	{
		cout << "商品:" << (*it1)._name << " 价格:" << (*it1)._price << " 评价:" <<  (*it1)._evaluate << endl;
		++it1;
	}
	cout << endl;

	sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());//按价格降序排序
	vector<Goods>::iterator it2 = v.begin();
	while (it2 != v.end())
	{
		cout << "商品:" << (*it2)._name << " 价格:" << (*it2)._price << " 评价:" << (*it2)._evaluate << endl;
		++it2;
	}
	cout << endl;
}

运行结果:

随着C++语法的发展,由于上述的写法太复杂,每次为了实现一个比较规则,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,若编程者定义的类名命名不规则,会导致代码可读性变差,因此C++11语法中出现了Lambda表达式;

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; });//按价格升序排序
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
		return g1._price > g2._price; });//按价格降序排序
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
		return g1._evaluate < g2._evaluate; });//按评价升序排序
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
		return g1._evaluate > g2._evaluate; });//按评价降序排序
	return 0;
}

Lambda表达式语法定义

int main()
{               //[捕捉列表] ... {函数体}
	auto func = [=](int x)mutable-> int {x++; std::cout << "x=" << x << std::endl; return x; };
	func(10);
	return 0;
}

1. [capture list ]: 捕捉列表总是出现在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,捕捉列表能够捕捉和lambda表达式同一个作用域的对象(即能够捕捉上下文中的变量)给lambda函数使用若没有变量需要捕捉,则[ ]里面的内容可以不写;

2.(parameters): 参数列表与普通函数的参数列表一致,若不需要参数传递,则可以连同()一起省略

3. mutable: 默认情况下,lambda函数是一个const函数即捕捉列表中的变量为const属性(即若以传值方式方式捕获变量/对象,是不可以修改的),但是可以使用mutable可以取消其常量性, 使用该修饰符时,参数列表不可省略(即使没有参数,也需要带上参数列表)

4. return-type: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时也可省略,由编译器根据返回对象/变量 对返回类型进行推导,若没有返回对象/变量,认为返回类型为void,所以一般不写返回值类型;

5. { 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

Lambda表达式参数详解

Lambda捕获列表

lambda表达式与普通函数最大的区别是除了可以使用参数以外,lambda函数还可以通过捕获列表访问一些上下文中的数据;具体地,捕捉列表描述了上下文中哪些数据可以被lambda使用以及使用方式(以值传递的方式或引用传递的方式);语法上,在"[ ]"包括起来的是捕获列表,捕获列表由多个捕获项组成,并以逗号分隔;捕获列表有以下几种形式:

  • [] 表示不捕获任何变量
int main()
{
	//lambda表达式本质为匿名函数,该函数无法直接调用
	//若想直接调用,借助auto将其赋值给另一个变量
	auto func=[]{ cout << "Hello Linux!" << endl; };
	func();
	return 0;
}

运行结果:

  • [var]表示以值传递方式捕获变量var
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	auto func=[a,b]{ 
		cout << "a="<<a << endl; 
		//++a; error原因:捕捉列表中的变量为const属性,不可以修改
		cout << "b=" << b << endl;
		//++b; error原因:捕捉列表中的变量为const属性,不可以修改
	};
	func();
	return 0;
}

运行结果:

  • [=]表示以值传递方式捕获所有父作用域的变量包括this
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 100;
	auto func = [=] {
		std::cout << "a=" << a << std::endl;
		std::cout << "b=" << b << std::endl;
		};
	func();

	return 0;
}

运行结果:

  • [&var]表示以引用传递方式捕捉变量var
int main()
{
	int a = 10;
	auto func = [&a] {
		a = a + 10;
		std::cout << "a=" << a << std::endl;
		};
	func();

	return 0;
}

运行结果:

  • [&]表示以引用传递方式捕捉所有父作用域的变量包括this
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	auto func = [&] {
		++a;
		cout << "a=" << a << endl;
		++b;
		cout << "b=" << b << endl;
	};
	func();
	return 0;
}

运行结果:

  • [this]表示以值传递方式捕捉当前的this指针
struct Lambda
{
    void Print() {
        std::cout << "Hello Linux!" << std::endl;
    };
    void lambda() {
        auto func = [this] {
            this->Print();
        };

        func();
    }
};

int main()
{
    Lambda lba;
    lba.lambda();
}

运行结果:

捕获列表总结

  •  父作用域指包含lambda函数的语句块;
  •  语法上捕捉列表可由多个捕捉项组成,并以逗号分割;
  1. 1. [=, &a, &b]表示以引用传递的方式捕捉变量ab,以值传递方式捕捉其它所有变量
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	int c = 30;
	auto function = ([=, &a, &b] {
		++a;
		++b;
		//++c;//error
		std::cout << "a=" << a << std::endl;
		std::cout << "b=" << b << std::endl;
		std::cout << "c=" << c << std::endl;
		}
	);
	function();

	return 0;
}

运行结果:

2.[&, a, this]表示以值传递的方式捕捉变量athis,引用传递方式捕捉其它所有变量

struct Lambda
{
    void Print() {
        std::cout << "Hello Linux!" << std::endl;
    };
    void lambda() {
        int a = 10;
        int b = 20;
        auto func = [&,a,this] {
            //++a;//error
            ++b;
            std::cout << "a=" << a << std::endl;
            std::cout << "b=" << b << std::endl;
            this->Print();
        };
        func();
    }
};

int main()
{
    Lambda lba;
    lba.lambda();
}

运行结果:

捕捉列表不允许变量重复传递,否则就会导致编译错误

示例:

  • [=,a]这里已经以值传递方式捕捉了所有变量,但是重复捕捉a,导致编译错误;
  • [&,&a]这里已经以引用传递方式捕捉了所有变量,再捕捉 a 也是一种重复,导致编译错误;

在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空即全局lambda函数的捕捉列表必须为空

int a = 0, b = 1;
// 在全局中不能捕捉对象,捕捉列表必须为空
//auto func = [a, b](){};//err: 无法在lambda中捕获存放于静态区的变量
auto func = []() {};
int main() 
{
	func();
	return 0;
}

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

Lambda参数列表

Lambda参数列表可以接受输入参数,参数列表是可选的,并且在大多数方面类似于函数的参数列表;

int main()
{
	auto Add = [](int first, int second) {
		return first + second;
	};
	std::cout << Add(100, 200) << std::endl;

	return 0;
}

可变规则mutable

mutable修饰符, 默认情况下Lambda函数总是一个const函数,mutable可以取消其常量性;在使用该修饰符时,参数列表不可省略(即使参数为空)

int main()
{
	int a = 0;
	int b = 0;
	auto func = [&, a]()mutable{ ++a; ++b; std::cout << (a + b) << std::endl; };
	func();
}

运行结果:

lambda表达式原理

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

实际在底层编译器对于lambda表达式的处理方式,完全就是按照函数对象的方式处理的,即若定义了一个lambda表达式,编译器会自动生成一个类,在该类中重载了operator();

编译器会将一个Lambda表达式生成一个匿名类的匿名对象,并在类中重载函数调用(operator())运算符

auto print = []{cout << "Hello Linux!" << endl; };

编译器会将上面一句翻译为如下代码:

class lambda_uuid
{
public:
	void operator()(void) const
	{
		cout << "Hello Linux!" << endl;
	}
};
//用构造的类创建对象,print此时就是一个函数对象
auto print = lambda_uuid();

lambda表达式之间不能相互赋值

因为lambda表达式底层完全按照仿函数的处理方式,lambda表达式在底层会被处理为函数对象,该函数对象对应的类名叫做<lambda_uuid>,类名中的uuid为通用唯一识别码,保证在当前程序当中每次生成的uuid都不会重复,lambda表达式底层的类名包含uuid,这样就能保证每个lambda表达式底层类名都是唯一的;因此每个lambda表达式的类型都是不同的,所以lambda表达式之间不能相互赋值;

void (*pf)();
int main()
{
	auto f1 = [] {cout << "hello world" << endl; };
	auto f2 = [] {cout << "hello world" << endl; };

    //f1 = f2;   //error
	
	// 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;
}

运行结果:


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