C++笔记之lambda表达式

引言

Lambda表达式是从C++ 11版本引入的特性，利用它可以很方便的定义匿名函数对象，通常作为回调函数来使用。大家会经常拿它和函数指针，函数符放在一起比较，很多场合下，它们三者都可以替换着用。

语法

[ captures ] ( params ) specs requires (optional) {body}

上面是完整的Lambda表达式结构，从左到右分别是：

• capture–捕获列表
• params–参数列表
• specification列表-- 可选部分，这块部分主要由变量说明符、异常、返回类型等组成
• requires – C++20 版本开始增加的
• body-- 函数体

关于specification和requires部分的详细描述可以参考：https://en.cppreference.com/w/cpp/language/lambda

我们平时的开发工作可能不会基于C++20版本，一般都是C++17及以下，所以就先记录一下，平时开发所接触的Lambda表达式。哪些新版本增加的相关特性就暂不讨论。

常见的Lambda表达式语法：

图片引自 微软C++课程

结构描述：

1. 捕获列表，可以捕获外部变量
2. 形参列表 （可选）
3. 变量说明符（可选）属于specification列表，用来表示可以修改值捕获的变量，后面会详细说明
4. exception （可选）属于specification列表，用来表示是否会有异常
5. 返回类型 （可选）
6. 函数体

从上面的结构描述，我们能看到，最简洁的lambda表达式应该是这样：

[]{}

我们常用的lambda表达式有以下几种：

[capture list]{body}

[capture list](params){body}

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

捕获列表

lambda表达式有两种捕获其作用域外部变量的方式，一种是值捕获，一种是引用捕获。

值捕获

#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char **argv) {int a = 100;auto test = [a]() mutable {a++;cout << "inside, a:" << a << endl;};test();cout << "outsize, a:" << a << endl;return 0;
}

输出结果：

inside, a:101
outsize, a:100

值捕获的情况下，如果需要某个特地的外部变量，那么直接在捕获列表里面写相应的变量名即可，如果想要值捕获所以外部变量，可使用如下形式：

[=]

上面的例子中有mutable，这个关键字的作用是运行lambda内部可以修改值捕获的变量，默认情况下，值捕获的变量是只读的。

引用捕获

#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char **argv) {int a = 100;auto test = [&a]() {a++;cout << "inside, a:" << a << endl;};test();cout << "outsize, a:" << a << endl;return 0;
}

输出结果：

inside, a:101
outsize, a:101

引用捕获外部变量的话，需要在变量名前加上**&，如果想要以引用捕获的方式访问所以外部变量，可以使用：[&]**

注意，这里我们移除了mutable关键字。

值捕获&引用捕获

因为是捕获列表嘛，所以当然可以互相组合搭配了，不然怎么能达到列表的定义呢。例如，我们想要以值捕获的方式捕获factor变量，以引用捕获的方式捕获total变量，那么可以用如下的方式：

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

以上面第一个方式举个例子：

#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char **argv) {int total = 100;float factor = 0.2f;auto test = [&total, factor]() mutable {factor = 0.5f;total = static_cast<int>(total * factor);cout << "inside, total:" << total << ", factor:" << factor << endl;};test();cout << "outsize, total:" << total << ",factor:" << factor << endl;return 0;
}

输出结果：

inside, total:50, factor:0.5
outsize, total:50,factor:0.2

在两种捕获方式互相搭配的使用过程中，需要注意一点的是，当捕获列表中已经使用了**&来捕获所以外部变量，就不能再使用&变量名**，捕获指定变量了，同理，值捕获也是这样。例如：

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[=, *this]{ }; // OK: captures this by value. See below.[i, i]{};      // ERROR: i repeated
}

注意

上面的例子中，访问外部的变量，都必须通过捕获列表“处理”一下，内部才能访问，其实还有一些情况是不需要捕获，lambda就能访问的。例如：

• 当lambda要访问的变量是全局的或者静态(static)的，可以直接使用
• Thread Local 变量
• constant expression 并且没有mutable成员 （只读）
• const修饰的non-volatile int型字面量 或者 由constant expression初始化的枚举类型 (只读)

下面举一些例子：

#include <iostream>
using namespace std;
int total = 100;
int main(int argc, char **argv) {static float factor = 0.2f;auto test = []() {factor = 0.5f;total = static_cast<int>(total * factor);cout << "inside,global total:" << total << ", static factor:" << factor<< endl;};test();cout << "outsize,global total:" << total << ", static factor:" << factor<< endl;return 0;
}

输出结果：

inside,global total:50, static factor:0.5
outsize,global total:50, static factor:0.5

#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;
int main(int argc, char **argv) {const int x = 1024;enum TYPE { kTypeApp = 0, kTypeUser };auto test = []() {cout << "type:" << kTypeUser << endl;cout << "x:" << x << endl;};test();return 0;
}

输出结果：

type:1
x:1024

参数列表&返回类型

lambda除了通过捕获列表的方式访问外部变量，也可以通过传递参数来与外界交流。跟普通函数没啥区别，这个没啥好说的。需要知道的是lambda支持它的参数也可以是lambda表示式。

返回类型跟普通函数差别也不大，同样需要注意的是，跟参数列表一样，也是支持返回lambda表达式的。同时，如果不指定返回类型的话，那么可以用auto关键字接收返回结果，自动推导结果。

#include <functional>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {auto addtwointegers = [](int x) -> function<int(int)> {return [=](int y) { return x + y; };};auto higherorder = [](const function<int(int)>& f, int z) {return f(z) * 2;};auto answer = higherorder(addtwointegers(7), 8);cout << answer << endl;
}

输出结果：

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lambda嵌套

lambda表达式内部还可以创建lambda表达式，套娃的感觉🪆。

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{int ret = [](int x) { return [](int y) { return y * 2; }(x) + 3; }(5);cout << ret << endl;
}

输出结果：

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参考

https://learn.microsoft.com/en-us/cpp/cpp/examples-of-lambda-expressions?view=msvc-170

https://en.cppreference.com/w/cpp/language/lambda