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Lambda 表达式一般用于定义匿名函数#xff0c;使得代码更加灵活简洁#xff0c;优点#xff1a;
声明式编程风格#xff1a;就地匿名定义目标函数或函数对象#xff0c;不需要额外写一个命名函数或者函数对象。以更直接的方式去写程序#xff0c;好的可读性和可…Lambda
Lambda 表达式一般用于定义匿名函数使得代码更加灵活简洁优点
声明式编程风格就地匿名定义目标函数或函数对象不需要额外写一个命名函数或者函数对象。以更直接的方式去写程序好的可读性和可维护性。简洁不需要额外再写一个函数或者函数对象避免了代码膨胀和功能分散让开发者更加集中精力在手边的问题同时也获取了更高的生产率。在需要的时间和地点实现功能闭包使程序更灵活。
Lambda表达式具体形式:
auto func [capture] (params) opt - ret { func_body; };funcLambda 表达式的名字作为一个函数使用capture捕获列表params参数列表如果没有参数圆括号()可以省略opt函数选项(mutable, noexcept之类)ret返回值类型可以不写让编译器根据返回值自动推导func_body函数体。
capture取值
[] //未定义变量.试图在Lambda内使用任何外部变量都是错误的[x, y] //x 按值捕获, y 按引用捕获.[] //用到的任何外部变量都隐式按引用捕获[] //用到的任何外部变量都隐式按值捕获[, x] //x显式地按值捕获. 其它变量按引用捕获[, z] //z按引用捕获. 其它变量按值捕获
捕获本地变量
空的[](Lambda introducer)就不能引用当前范围内的本地变量只能使用全局变量或将其他值以参数的形式进行传递。 想要访问一个本地变量需要对其进行捕获。最简单的方式就是将范围内的所有本地变量都进行捕获使用[]就可以。
int a 0, b 1;
auto f1 []{ return a; }; // 错误没有捕获外部变量
auto f2 []{ return a b; }; // 正确捕获所有外部变量并返回a b
auto f3 []{ return a; }; // 错误a是以复制方式捕获的无法修改示例
#include iostream
#include functionalint main() {int i 111, j 222, k 333;auto f [i, j, k] { return i j k; }; i 1;j 2;k 3;std::cout f() std::endl;
}内部原理
编译器为每个Lambda表达式生成唯一闭包。捕获列表将成为闭包中的构造函数的参数如果将参数按值捕获那么相应类型的数据成员将在闭包中创建。此外可以在Lambda表达式的参数中声明变量/对象它们将成为调用operator()函数的参数。
值捕获
int x 1; int y 2;
auto plus [] (int a, int b) - int { return x y a b; };
int c plus(1, 2);编译器将翻译为
class LambdaClass {
public:LambdaClass(int x, int y): x_(x), y_(y) {}int operator () (int a, int b) const {return x_ y_ a b;}private:int x_;int y_;
}int x 1; int y 2;
LambdaClass plus(x, y);
int c plus(1, 2);引用捕获
int x 1; int y 2;
auto plus [] (int a, int b) - int { x; return x y a b;};
int c plus(1, 2);编译器将翻译为
class LambdaClass {
public:LambdaClass(int x, int y): x_(x), y_(y) {}int operator () (int a, int b) {x_;return x_ y_ a b;}private:int x_;int y_;
};引用捕获变量和值捕获的方式有3个不同的地方
参数引用的方式进行传递;引用捕获在函数体修改变量会直接修改lambda表达式外部的变量opeartor()函数不是const的。
lambda的各个成分和类的各个成分对应起来就是如下的关系:
捕获列表对应LambdaClass类的private成员。参数列表对应LambdaClass类的成员函数的operator()的形参列表mutable对应 LambdaClass类成员函数 operator() 的const属性 但是只有在捕获列表捕获的参数不含有引用捕获的情况下才会生效因为捕获列表只要包含引用捕获那operator()函数就一定是非const函数。返回类型对应 LambdaClass类成员函数 operator() 的返回类型函数体对应 LambdaClass类成员函数 operator() 的函数体。引用捕获和值捕获不同的一点就是对应的成员是否为引用类型。
Mutable Lambda表达式
Lambda函数的call-operator调用运算符隐式为const-by-value常量按值捕获这意味着它是不可变的。 但是函数内部想修改这变量但是又不想影响lambda表达式外面的值的时候就直接添加mutable属性这样调用lambda表达式的时候会像函数传递参数一样在内部定义一个变量并拷贝这个值。
#include iostream
using namespace std;int main()
{int t 9;auto f [t] () mutable {return t; };cout f() endl;cout f() endl;cout t: t endl;return 0;
}捕获的变量t,它在刚开始被捕获的初始值是9调用一次f之后变成了10再调用一次就变成了11。 但是最终的输出t也就是main()函数里面定义的t由于是值捕获所以它的值一直不会变最终还将输出9。
Lambda 表达式的类型
lambda 表达式的类型在 C11 中被称为“闭包类型Closure Type”。它是一个特殊的匿名的非 nunion 的类类型。因此可以认为它是一个带有 operator() 的类即仿函数。可以使用 std::function 和 std::bind 来存储和操作 lambda 表达式
std::functionint(int) f1 [](int a){ return a; };
std::functionint(void) f2 std::bind([](int a){ return a; }, 123);对于没有捕获任何变量的 lambda 表达式还可以被转换成一个普通的函数指针(必须是没有捕获任何变量)
using func_t int(*)(int);
func_t f1 [](int a){ return a; }; // 正确没有捕获的的lambda表达式可以直接转换为函数指针
f1(123);
func_t f2 [](int a){ return a; }; // 错误有捕获的lambda表达式不能直接转换为函数指针lambda 表达式可以说是就地定义仿函数闭包的“语法糖”。它的捕获列表捕获住的任何外部变量最终均会变为闭包类型的成员变量。而一个使用了成员变量的类的 operator()如果能直接被转换为普通的函数指针那么 lambda 表达式本身的 this 指针就丢失掉了。而没有捕获任何外部变量的 lambda 表达式则不存在这个问题。这里也可以很自然地解释为何按值捕获无法修改捕获的外部变量。因为按照 C 标准lambda 表达式的 operator() 默认是 const 的。一个 const 成员函数是无法修改成员变量的值的。而 mutable 的作用就在于取消 operator() 的 const。
Lambda auto参数
在C 14中引入的泛型Lambda它可以使用auto标识符捕获参数。参数声明为auto是借助了模板的推断机制
auto func [] (auto x, auto y) {return x y;
};
// 上述的lambda相当于如下类的对象
class X {
public:templatetypename T1, typename T2auto operator() (T1 x, T2 y) const { // auto借助了T1和T2的推断return x y;}
};func(1, 2);
// 等价于
X{}(1, 2);constexpr Lambda表达式
C17前lambda表达式只能在运行时使用C17引入了constexpr lambda表达式可以用于在编译期进行计算。 constexpr lambda 表达式有如下限制函数体不能包含汇编语句、goto语句、label、try块、静态变量、线程局部存储、没有初始化的普通变量不能动态分配内存不能有new delete等不能虚函数。
#include iostream
#include functionalint main() {constexpr auto lamb [] (int n) { return n * n; };static_assert(lamb(3) ! 9, a);
}也可将 lambda 表达式声明为常量表达式或在常量表达式中使用
#include iostream
#include stringconstexpr int Increment(int n) {auto add1 [n]() //Callable named lambda{return n 1;};return add1(); //call it
}int main() {constexpr int number3 Increment(2);std::cout number3 std::endl;
}this拷贝
C17中可在lambda表达式的捕获类别里[]写上*this表示传递到lambda中的是this对象的拷贝。 lambda中的[*this]就是一个对象的拷贝这意味着传递了d的一个拷贝。因此线程在调用d的析构函数后使用传递的对象是没有问题的。 如果用[this]、[]或[]捕获了那么线程将运行未定义的行为因为在传递给线程的lambda中打印name时lambda将使用已销毁对象的成员。
#include iostream
#include string
#include threadclass Data {
private:std::string name;
public:Data(const std::string s) : name(s) {}std::thread startThreadWithCopyOfThis() const {// start and return new thread using this after 3 seconds:std::thread t([*this]{std::cout I will shellp 3 seconds std::endl;std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));std::cout name std::endl;});return t;}
};int main()
{std::thread t;{Data d{ This copy capture in C17 };t d.startThreadWithCopyOfThis();} // d已经销毁std::cout the main thread wait for sub thread end. std::endl;t.join();return 0;
}
