C++11中的匿名函數(lambda函數,lambda表達式)

C++11提供了對匿名函數的支援,稱為Lambda函數(也叫Lambda表達式). Lambda表達式具體形式如下:

　　　　[capture](parameters)->return-type{body}

　　如果沒有參數,空的圓括号()可以省略.傳回值也可以省略,如果函數體隻由一條return語句組成或傳回類型為void的話.形如:

　　 　 [capture](parameters){body}

　　下面舉了幾個Lambda函數的例子:  　　　　

[](int x, int y) { return x + y; } // 隐式傳回類型
[](int& x) { ++x; }   // 沒有return語句 -> lambda 函數的傳回類型是'void'
[]() { ++global_x; }  // 沒有參數,僅通路某個全局變量
[]{ ++global_x; }     // 與上一個相同,省略了()
           

　　可以像下面這樣顯示指定傳回類型:  

[](int x, int y) -> int { int z = x + y; return z; }
           

　　在這個例子中建立了一個臨時變量z來存儲中間值. 和普通函數一樣,這個中間值不會儲存到下次調用. 什麼也不傳回的Lambda函數可以省略傳回類型, 而不需要使用 -> void 形式.

　　Lambda函數可以引用在它之外聲明的變量. 這些變量的集合叫做一個閉包. 閉包被定義在Lambda表達式聲明中的方括号[]内. 這個機制允許這些變量被按值或按引用捕獲.下面這些例子就是:  

[]        //未定義變量.試圖在Lambda内使用任何外部變量都是錯誤的.
[x, &y]   //x 按值捕獲, y 按引用捕獲.
[&]       //用到的任何外部變量都隐式按引用捕獲
[=]       //用到的任何外部變量都隐式按值捕獲
[&, x]    //x顯式地按值捕獲. 其它變量按引用捕獲
[=, &z]   //z按引用捕獲. 其它變量按值捕獲
           

　　接下來的兩個例子示範了Lambda表達式的用法.  

std::vector<int> some_list;
int total = 0;
for (int i=0;i<5;++i) some_list.push_back(i);
std::for_each(begin(some_list), end(some_list), [&total](int x) 
{
    total += x;
});
           

　　此例計算list中所有元素的總和. 變量total被存為lambda函數閉包的一部分. 因為它是棧變量(局部變量)total的引用,是以可以改變它的值.  

std::vector<int> some_list;
  int total = 0;
  int value = 5;
  std::for_each(begin(some_list), end(some_list), [&, value, this](int x) 
  {
    total += x * value * this->some_func();
  });
           

　　此例中total會存為引用, value則會存一份值拷貝. 對this的捕獲比較特殊, 它隻能按值捕獲. this隻有當包含它的最靠近它的函數不是靜态成員函數時才能被捕獲.對protect和priviate成員來說, 這個lambda函數與建立它的成員函數有相同的通路控制. 如果this被捕獲了,不管是顯式還隐式的,那麼它的類的作用域對Lambda函數就是可見的. 通路this的成員不必使用this->文法,可以直接通路.

　　不同編譯器的具體實作可以有所不同,但期望的結果是:按引用捕獲的任何變量,lambda函數實際存儲的應該是這些變量在建立這個lambda函數的函數的棧指針,而不是lambda函數本身棧變量的引用. 不管怎樣, 因為大數lambda函數都很小且在局部作用中, 與候選的内聯函數很類似, 是以按引用捕獲的那些變量不需要額外的存儲空間.

　　如果一個閉包含有局部變量的引用,在超出建立它的作用域之外的地方被使用的話,這種行為是未定義的!

　　lambda函數是一個依賴于實作的函數對象類型,這個類型的名字隻有編譯器知道. 如果使用者想把lambda函數做為一個參數來傳遞, 那麼形參的類型必須是模闆類型或者必須能建立一個std::function類似的對象去捕獲lambda函數.使用 auto關鍵字可以幫助存儲lambda函數,  

auto my_lambda_func = [&](int x) { /*...*/ };
auto my_onheap_lambda_func = new auto([=](int x) { /*...*/ });
           

　　這裡有一個例子, 把匿名函數存儲在變量,數組或vector中,并把它們當做命名參數來傳遞 

#include<functional>
#include<vector>
#include<iostream>
double eval(std::function<double(double)> f, double x = 2.0){return f(x);}
int main()
{
     std::function<double(double)> f0    = [](double x){return 1;};
     auto                          f1    = [](double x){return x;};
     decltype(f0)                  fa[3] = {f0,f1,[](double x){return x*x;}};
     std::vector<decltype(f0)>     fv    = {f0,f1};
     fv.push_back                  ([](double x){return x*x;});
     for(int i=0;i<fv.size();i++)  std::cout << fv[i](2.0) << "\n";
     for(int i=0;i<3;i++)          std::cout << fa[i](2.0) << "\n";
     for(auto &f : fv)             std::cout << f(2.0) << "\n";
     for(auto &f : fa)             std::cout << f(2.0) << "\n";
     std::cout << eval(f0) << "\n";
     std::cout << eval(f1) << "\n";
     return 0;
}
           

　　一個沒有指定任何捕獲的lambda函數,可以顯式轉換成一個具有相同聲明形式函數指針.是以,像下面這樣做是合法的:

auto a_lambda_func = [](int x) { /*...*/ };
void(*func_ptr)(int) = a_lambda_func;
func_ptr(4); //calls the lambda.
           

C++11中的lambda函數，其中的“捕捉清單”是由0個或多個“捕捉項”組成，并以逗号“，”分隔。捕捉清單有如下幾種形式：

（1）[var]   表示值傳遞方式捕捉變量var。

#include <iostream>

#include <string>

#include <stdio.h>

using namespace std;

int main()

{

   int a = 1,b =2, c =3;

   auto retVal = [=,&a,&b]()

   {

       printf("inner c[%d]\n",c);

       a = 10;

       b = 20;

       return a+b;

   };

   printf("sum[%d]\n",retVal());

   printf("a[%d] b[%d] c[%d]\n",a,b,c);

   return 0;

}

列印結果：

inner c[3]

sum[30]

a[10] b[20] c[3]

上面的代碼中，“捕捉清單”由3項組成。以引用傳遞的方式捕捉變量a、b，以值傳遞的方式捕捉變量c。是以在lambda表達式的函數體中修改了變量a和b之後，父作用域中的a、b值也改變。而即使是在lambda函數内部修改了變量c的值，父作用域中的c仍然不會受到影響，因為是值傳遞的方式。（需在參數清單後面加上 mutable 關鍵字（修飾符））。同時

#include <iostream>

#include <string>

#include <stdio.h>

using namespace std;

int main()

{

   int a = 1,b =2, c =3;

   auto retVal = [=,&a,&b]() mutable->int

   {

       printf("inner c[%d]\n",c);

       a = 10;

       b = 20;

       c = 30;

       printf("inner c2[%d]\n",c);

       return a+b;

   };

   printf("sum[%d]\n",retVal());

   printf("a[%d] b[%d] c[%d]\n",a,b,c);

   return 0;

}

列印結果：

inner c[3]

inner c2[30]

sum[30]

a[10] b[20] c[3]

（2）[=]     表示值傳遞方式捕捉所有父作用域的變量（包括this）。

（3）[&var] 表示引用傳遞捕捉變量var。

（4）[&] 表示引用傳遞捕捉所有父作用域的比哪裡（2020-02-18 09:36:12 修改） 的變量（包括this）。

#include <iostream>

#include <string>

#include <stdio.h>

using namespace std;

int main()

{

   int a = 1,b =2, c =3;

   auto retVal = [&]() mutable->int

   {

       printf("inner a[%d] b[%d] c[%d]\n",a,b,c);

       a = 10;

       b = 20;

       c = 30;

       return a+b;

   };

   printf("sum[%d]\n",retVal());

   printf("a[%d] b[%d] c[%d]\n",a,b,c);

   return 0;

}

列印結果：

inner a[1] b[2] c[3]

sum[30]

a[10] b[20] c[30]

（5）[this] 表示值傳遞方式捕捉目前的this指針。

同理(2),(3),(5)可以參考上面的兩個例子。

2. lambda 函數特點

 (1)在C++11中，lambda函數是inline（内聯函數）。

3. lambda 函數使用

代碼一

#include <iostream>

#include <string>

#include <stdio.h>

using namespace std;

int main()

{

   int a = 6;

   int b = 8;

   auto sum = [](int a,int b) ->int{return a + b;};

   printf("sum[%d]\n",sum(a,b));

   return 0;

}

//列印結果：sum[14]

在代碼一中，定義了一個簡單的lambda函數，該函數的函數清單能夠接收兩個int類型的資料，而且傳回值為int類型。

注意：lambda函數中，參數清單和傳回類型都是可選的部分，而且捕捉清單和函數也可以為空。是以，在某種情況下，C++11中的簡略版本的lambda函數可以是這樣的：

// 完整文法

[ capture-list ] ( params ) mutable(optional) constexpr(optional)(c++17) exception attribute -> ret { body } 

// 可選的簡化文法

[ capture-list ] ( params ) -> ret { body }     

[ capture-list ] ( params ) { body }