C++ 中的 Lambda 表達式

轉自：https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/dd293608.aspx

在 C++ 11 中，lambda 表達式（通常稱爲 "lambda"）是一種在被調用的位置或作爲參數傳遞給函數的位置定義匿名函數對象的簡便方法。 Lambda 通常用於封裝傳遞給算法或異步方法的少量代碼行。本文定義了 lambda 是什麼，將 lambda 與其他編程技術進行比較，描述其優點，並提供一個基本示例。

Lambda 表達式的各部分

ISO C++ 標準展示了作爲第三個參數傳遞給 std::sort() 函數的簡單 lambda：

C++

#include <algorithm>
#include <cmath>

void abssort(float* x, unsigned n) {
    std::sort(x, x + n,
        // Lambda expression begins
        [](float a, float b) {
            return (std::abs(a) < std::abs(b));
        } // end of lambda expression
    );
}

此圖顯示了 lambda 的組成部分：

Capture 子句（在 C++ 規範中也稱爲 lambda 引導。）
參數列表（可選）。（也稱爲 lambda 聲明符)
可變規範（可選）。
異常規範（可選）。
尾隨返回類型（可選）。
“lambda 體”

Capture 子句

Lambda 可在其主體中引入新的變量（用 C++14），它還可以訪問（或“捕獲”）周邊範圍內的變量。 Lambda 以 Capture 子句（標準語法中的lambda 引導）開頭，它指定要捕獲的變量以及是通過值還是引用進行捕獲。有與號 (&) 前綴的變量通過引用訪問，沒有該前綴的變量通過值訪問。

空 capture 子句 [ ] 指示 lambda 表達式的主體不訪問封閉範圍中的變量。

可以使用默認捕獲模式（標準語法中的 capture-default）來指示如何捕獲 lambda 中引用的任何外部變量：[&] 表示通過引用捕獲引用的所有變量，而 [=] 表示通過值捕獲它們。可以使用默認捕獲模式，然後爲特定變量顯式指定相反的模式。例如，如果 lambda 體通過引用訪問外部變量total 並通過值訪問外部變量 factor，則以下 capture 子句等效：

C++

[&total, factor]
[factor, &total]
[&, factor]
[factor, &]
[=, &total]
[&total, =]

使用 capture-default 時，只有 lambda 中提及的變量纔會被捕獲。

如果 capture 子句包含 capture-default&，則該 capture 子句的 identifier 中沒有任何 capture 可採用 & identifier 形式。同樣，如果 capture 子句包含 capture-default=，則該 capture 子句的 capture 不能採用 = identifier 形式。 identifier 或 this 在 capture 子句中出現的次數不能超過一次。以下代碼片段給出了一些示例。

C++

struct S { void f(int i); };

void S::f(int i) {
    [&, i]{};    // OK
    [&, &i]{};   // ERROR: i preceded by & when & is the default
    [=, this]{}; // ERROR: this when = is the default
    [i, i]{};    // ERROR: i repeated
}

capture 後跟省略號是包擴展，如以下可變參數模板示例中所示：

C++

template<class... Args>
void f(Args... args) {
    auto x = [args...] { return g(args...); };
    x();
}

要在類方法的正文中使用 lambda 表達式，請將 this 指針傳遞給 Capture 子句，以提供對封閉類的方法和數據成員的訪問權限。有關展示如何將 lambda 表達式與類方法一起使用的示例，請參閱 Lambda 表達式的示例中的“示例：在方法中使用 Lambda 表達式”。

在使用 capture 子句時，建議你記住以下幾點（尤其是使用採取多線程的 lambda 時）：

引用捕獲可用於修改外部變量，而值捕獲卻不能實現此操作。（mutable允許修改副本，而不能修改原始項。）
引用捕獲會反映外部變量的更新，而值捕獲卻不會反映。
引用捕獲引入生存期依賴項，而值捕獲卻沒有生存期依賴項。當 lambda 以異步方式運行時，這一點尤其重要。如果在異步 lambda 中通過引用捕獲本地變量，該本地變量將很可能在 lambda 運行時消失，從而導致運行時訪問衝突。

通用捕獲 (C++14)

在 C++14 中，可在 Capture 子句中引入並初始化新的變量，而無需使這些變量存在於 lambda 函數的封閉範圍內。初始化可以任何任意表達式表示；且將從該表達式生成的類型推導新變量的類型。此功能的一個好處是，在 C++14 中，可從周邊範圍捕獲只移動的變量（例如 std::unique_ptr）並在 lambda 中使用它們。

pNums = make_unique<vector<int>>(nums);
//...
      auto a = [ptr = move(pNums)]()
        {
           // use ptr
        };

參數列表

除了捕獲變量，lambda 還可接受輸入參數。參數列表（在標準語法中稱爲 lambda 聲明符）是可選的，它在大多數方面類似於函數的參數列表。

int y = [] (int first, int second)
{
    return first + second;
};

在 C++14 中，如果參數類型是泛型，則可以使用 auto 關鍵字作爲類型說明符。這將告知編譯器將函數調用運算符創建爲模板。參數列表中的每個 auto 實例等效於一個不同的類型參數。

auto y = [] (auto first, auto second)
{
    return first + second;
};

lambda 表達式可以將另一個 lambda 表達式作爲其參數。有關詳細信息，請參閱 Lambda 表達式的示例主題中的“高階 Lambda 表達式”。

由於參數列表是可選的，因此在不將參數傳遞到 lambda 表達式，並且其 lambda-declarator: 不包含 exception-specification、trailing-return-type 或 mutable 的情況下，可以省略空括號。

可變規範

通常，lambda 的函數調用運算符爲 const-by-value，但對 mutable 關鍵字的使用可將其取消。它不會生成可變的數據成員。利用可變規範，lambda 表達式的主體可以修改通過值捕獲的變量。本文後面的一些示例將顯示如何使用 mutable。

異常規範

你可以使用 throw() 異常規範來指示 lambda 表達式不會引發任何異常。與普通函數一樣，如果 lambda 表達式聲明 C4297 異常規範且 lambda 體引發異常，Visual C++ 編譯器將生成警告 throw()，如下所示：

C++

// throw_lambda_expression.cpp
// compile with: /W4 /EHsc 
int main() // C4297 expected
{
   []() throw() { throw 5; }();
}

有關詳細信息，請參閱異常規範 (throw) (C++)。

返回類型

將自動推導 lambda 表達式的返回類型。無需使用 auto 關鍵字，除非指定尾隨返回類型。 trailing-return-type 類似於普通方法或函數的返回類型部分。但是，返回類型必須跟在參數列表的後面，你必須在返回類型前面包含 trailing-return-type 關鍵字 ->。

如果 lambda 體僅包含一個返回語句或其表達式不返回值，則可以省略 lambda 表達式的返回類型部分。如果 lambda 體包含單個返回語句，編譯器將從返回表達式的類型推導返回類型。否則，編譯器會將返回類型推導爲 void。下面的代碼示例片段說明了這一原則。

C++

auto x1 = [](int i){ return i; }; // OK: return type is int
auto x2 = []{ return{ 1, 2 }; };  // ERROR: return type is void, deducing 
                                  // return type from braced-init-list is not valid

lambda 表達式可以生成另一個 lambda 表達式作爲其返回值。有關詳細信息，請參閱 Lambda 表達式的示例中的“高階 Lambda 表達式”。

Lambda 體

lambda 表達式的 lambda 體（標準語法中的 compound-statement）可包含普通方法或函數的主體可包含的任何內容。普通函數和 lambda 表達式的主體均可訪問以下變量類型：

從封閉範圍捕獲變量，如前所述。
參數
本地聲明變量
類數據成員（在類內部聲明並且捕獲 this 時）
具有靜態存儲持續時間的任何變量（例如，全局變量）

以下示例包含通過值顯式捕獲變量 n 並通過引用隱式捕獲變量 m 的 lambda 表達式：

C++

// captures_lambda_expression.cpp
// compile with: /W4 /EHsc 
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
   int m = 0;
   int n = 0;
   [&, n] (int a) mutable { m = ++n + a; }(4);
   cout << m << endl << n << endl;
}

輸出：

5
0

由於變量 n 是通過值捕獲的，因此在調用 lambda 表達式後，變量的值仍保持 0 不變。 mutable 規範允許在 lambda 中修改 n。

儘管 lambda 表達式只能捕獲具有自動存儲持續時間的變量，但你可以在 lambda 表達式的主體中使用具有靜態存儲持續時間的變量。以下示例使用 generate 函數和 lambda 表達式爲 vector 對象中的每個元素賦值。 lambda 表達式將修改靜態變量以生成下一個元素的值。

C++

void fillVector(vector<int>& v)
{
    // A local static variable.
    static int nextValue = 1;

    // The lambda expression that appears in the following call to
    // the generate function modifies and uses the local static 
    // variable nextValue.
    generate(v.begin(), v.end(), [] { return nextValue++; }); 
    //WARNING: this is not thread-safe and is shown for illustration only
}

有關詳細信息，請參閱生成。

下面的代碼示例使用上一示例中的函數，並添加了使用 STL 算法 generate_n 的 lambda 表達式的示例。該 lambda 表達式將 vector 對象的元素指派給前兩個元素之和。使用了 mutable 關鍵字，以使 lambda 表達式的主體可以修改 lambda 表達式通過值捕獲的外部變量 x 和 y 的副本。由於 lambda 表達式通過值捕獲原始變量 x 和 y，因此它們的值在 lambda 執行後仍爲 1。

C++

// compile with: /W4 /EHsc
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

using namespace std;

template <typename C> void print(const string& s, const C& c) {
    cout << s;

    for (const auto& e : c) {
        cout << e << " ";
    }

    cout << endl;
}

void fillVector(vector<int>& v)
{
    // A local static variable.
    static int nextValue = 1;

    // The lambda expression that appears in the following call to
    // the generate function modifies and uses the local static 
    // variable nextValue.
    generate(v.begin(), v.end(), [] { return nextValue++; });
    //WARNING: this is not thread-safe and is shown for illustration only
}

int main()
{
    // The number of elements in the vector.
    const int elementCount = 9;

    // Create a vector object with each element set to 1.
    vector<int> v(elementCount, 1);

    // These variables hold the previous two elements of the vector.
    int x = 1;
    int y = 1;

    // Sets each element in the vector to the sum of the 
    // previous two elements.
    generate_n(v.begin() + 2,
        elementCount - 2,
        [=]() mutable throw() -> int { // lambda is the 3rd parameter
        // Generate current value.
        int n = x + y;
        // Update previous two values.
        x = y;
        y = n;
        return n;
    });
    print("vector v after call to generate_n() with lambda: ", v);

    // Print the local variables x and y.
    // The values of x and y hold their initial values because 
    // they are captured by value.
    cout << "x: " << x << " y: " << y << endl;

    // Fill the vector with a sequence of numbers
    fillVector(v);
    print("vector v after 1st call to fillVector(): ", v);
    // Fill the vector with the next sequence of numbers
    fillVector(v);
    print("vector v after 2nd call to fillVector(): ", v);
}

輸出：

              vector v after call to generate_n() with lambda: 1 1 2 3 5 8 13 21 34
x: 1 y: 1
vector v after 1st call to fillVector(): 1 2 3 4 5 6 7 8 9
vector v after 2nd call to fillVector(): 10 11 12 13 14 15 16 17 18

有關詳細信息，請參閱 generate_n。

Microsoft 專用

以下公共語言運行時 (CLR) 託管實體中不支持 lambda：ref class、ref struct、value class 或 value struct。

若使用 Microsoft 專用的修飾符（例如 __declspec），則你可以緊接在 parameter-declaration-clause 後將其插入到 lambda 表達式，例如：

C++

auto Sqr = [](int t) __declspec(code_seg("PagedMem")) -> int { return t*t; };

若要確定 lambda 是否支持某個修飾符，請參閱文檔的 Microsoft 專用的修飾符部分中有關此內容的文章。

Visual Studio 支持 C++11 標準 lambda 表達式語法和功能，以下功能除外：

像所有其他類一樣，lambda 不會獲得自動生成的移動構造函數和移動賦值運算符。有關右值引用行爲支持的詳細信息，請參閱支持 C++11/14/17 功能（現代 C++）中的“右值引用”部分。
此版本不支持可選的 attribute-specifier-seq。

除了 C++11 標準 lambda 功能之外，Visual Studio 還包括以下功能：

無狀態 lambda，可完全轉換爲使用任意調用約定的函數指針。
只要所有返回語句具有相同的類型，就會自動推導比 { return expression; } 更復雜的 lambda 主體的返回類型。（此功能是擬建的 C++14 標準的一部分。）

請參閱

C++ 語言參考
 STL 中的函數對象
 函數調用 (C++)
for_each

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