C++11:Lambda表達式(匿名函數)理解

C++在C11標準中引入了匿名函數,即沒有名字的臨時函數,又稱之爲lambda表達式.lambda表達式 實質上是創建一個匿名函數/對象。即你可以理解爲(Lambda 表達式實際上是一個函數,只是它沒有名字。)

爲什麼要使用它呢?

因爲使用 STL 時,往往會大量用到函數對象,爲此要編寫很多函數對象類。有的函數對象類只用來定義了一個對象,而且這個對象也只使用了一次,編寫這樣的函數對象類就有點浪費。而且,定義函數對象類的地方和使用函數對象的地方可能相隔較遠,看到函數對象,想要查看其 operator() 成員函數到底是做什麼的也會比較麻煩。

因此對於只使用一次的函數對象類,能否直接在使用它的地方定義呢?Lambda 表達式能夠解決這個問題。使用 Lambda 表達式可以減少程序中函數對象類的數量,使得程序更加優雅。

格式如下:

[caputrue](params)opt->ret{body;};
[函數對象參數] (操作符重載函數參數) mutable 或 exception 聲明 -> 返回值類型 {函數體}


//或者Lambda 表達式的定義形式如下:
[外部變量訪問方式說明符] (參數表) -> 返回值類型
{
   語句塊
}

"外部變量訪問方式說明符"(不可省略)有如下幾種格式:

(1)[]  :表示  不截取任何變量
(2)[&] :表示  截取外部作用域中所有變量,並作爲引用在函數體中使用
(3)[=]  :表示 截取外部作用域中所有變量,並拷貝一份在函數體中使用
(4)[=, &foo]:表示   截取外部作用域中所有變量,並拷貝一份在函數體中使用,但是對foo變量使用引用
(5)[bar] :表示  截取bar變量並且拷貝一份在函數體重使用,同時不截取其他變量
(6)[this]:表示  截取當前類中的this指針。如果已經使用了&或者=就默認添加此選項。

常用的[=]或者[&]表示{}中用到的、定義在{}外面的變量在{}中是否允許被改變。[=]的話表示不允許被改變。[&]表示允許被改變(此處&類似於函數傳參引用的形式吧?)當然,在{}中也可以不使用定義在外面的變量。“-> 返回值類型”是可以省略。

2.重載參數列表
調用的時候需要傳遞的參數即參數表(參數可以缺省) 下面調用的時候括號裏面的2會賦值給形參x;y用默認值3。

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
   [](int x, int y=3) {cout <<x=y<<endl;}(2);//最後的(2)傳入的是參數,沒傳入的使用默認
   return 0;

}//程序整個輸出 是 5

3.返回類型(可以自動推導 可以省略)
auto fun = [](int x, int y)->int {cout << x + y << endl; return y;};
對於這裏的->int 這個int就是返回值類型,如果有返回值類型需要在前面加上->
直接省略寫成這種格式也可以[](int x,int y){cout<<x+y<<endl;return y;}
4.函數體
lambda表達式的函數體中可以和普通函數一樣寫,可以使用捕獲的參數,寫這個函數實現的具體步驟.
5.函數選項opt    (可以省略)
可以填mutable,exception,attribute

(mutable 表示函數體可以修改捕獲變量的,同時可以訪問捕獲對象的非常屬性成員函數
exception說明lambda表達式是否拋出異常以及何種異常
attribute用來聲明屬性)

補充說明:
按值捕獲的時候,得到的是當前的值,如果想得到實時的值,建議使用引用(引用在函數體內部可以修改外部變量值)例如:

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	auto ptr = []() {cout << "hello" << endl; };	//lambda表達式
	ptr();//調用函數

	auto fun = [](int x, int y)->int {cout << x + y << endl; return y;};	//帶參數的lambda表達式
	//  這裏的->後面寫的是返回值類型
	auto z=fun(3, 4);
	cout << z << endl;
	
	cin.get();
	return 0;
}

 

PS:對於匿名函數,一般用於傳函數參數,當然也可以直接定義調用。

auto pfun=()[]{cout<<"hello world"<<endl;}//這裏使用auto自動判斷類型  其實是函數指針
pfun();	//調用這個函數()括號內可以傳參數

(2)一般常見使用方式是在sort()函數中,作爲第三個參數即自定義排序規則。如下:

int a[4] = {11, 2, 33, 4};
sort(a, a+4, [=](int x, int y) -> bool { return x%10 < y%10; } );
for_each(a, a+4, [=](int x) { cout << x << " ";} );

程序第 2 行使得數組 a 按個位數從小到大排序。具體的原理是:sort 在執行過程中,需要判斷兩個元素 x、y 的大小時,會以 x、y 作爲參數,調用 Lambda 表達式所代表的函數,並根據返回值來判斷 x、y 的大小。這樣,就不用專門編寫一個函數對象類了。
第 3 行,for_each 的第 3 個參數是一個 Lambda 表達式。for_each 執行過程中會依次以每個元素作爲參數調用它,因此每個元素都被輸出。

解讀一下for_each()函數:

//  for_each的原型聲明如下:
template
   Function for_each (InputIterator first,InputIterator last, Function fn)//輸出結果11 2 33 4

可以看出for_each()也是一個模板函數,第一個參數爲迭代器的開始位置,第二個參數爲迭代器的末位,也就是迭代器最後一位的下一位。第三個參數爲一個函數指針,或者函數對象。

使用外部變量的Lambda表達式的程序:

#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main()
{
    int a[4] = { 1, 2, 3, 4 };
    int total = 0;
    for_each(a, a + 4, [&](int & x) { total += x; x *= 2; });
    cout << total << endl;  //輸出 10
    for_each(a, a + 4, [=](int x) { cout << x << " "; });//輸出2 4 6 8
    return 0;
}

第 8 行,[&]表示該 Lambda 表達式中用到的外部變量 total 是傳引用的,其值可以在表達式執行過程中被改變(如果使用[=],編譯無法通過)。該 Lambda 表達式每次被 for_each 執行時,都將 a 中的一個元素累加到 total 上,然後將該元素加倍。

實際上,“外部變量訪問方式說明符”還可以有更加複雜和靈活的用法。例如:

  • [=, &x, &y]表示外部變量 x、y 的值可以被修改,其餘外部變量不能被修改;
  • [&, x, y]表示除 x、y 以外的外部變量,值都可以被修改。

如下邊程序:

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{   
    int x = 10,y=20,z=30;
    auto f1  = [=,&y,&z](int n) {
        cout <<x << endl;//輸出10
        y++; z++;
        return n*n;
    };
    cout << f1(10) << endl;//輸出retur n*n即10*10=100
    cout << y << "," << z << endl;//輸出y=y++=21,z=z++=31
}

第 6 行定義了一個變量 f1,f 1的類型是 auto,表示由編譯器自動判斷其類型(這也是 C++11 的新特性)。本行將一個 Lambda 表達式賦值給 f1,以後就可以通過 f1 來調用該 Lambda 表達式了。

第 11 行通過 f1,以 10 作爲參數 n 調用上面的 Lambda 表達式。該 Lambda 表達式指明,對於外部變量 y、z,可以修改其值;對於其他外部變量,例如 x,不能修改其值。因此在該表達式執行時,可以修改外部變量 y、z 的值,但如果出現試圖修改 x 值的語句,就會編譯出錯。

參考:C語言中文網站

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