C++第四十四弹---Lambda表达式的妙用：高效解决编程中的匿名函数问题

小林熬夜学编程2024-09-05 16:11

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[1 lambda表达式](#1 lambda表达式)

[1.1 C++98中的一个例子](#1.1 C++98中的一个例子)

[1.2 lambda表达式](#1.2 lambda表达式)

[1.3 lambda表达式语法](#1.3 lambda表达式语法)

[1.4 函数对象与lambda表达式](#1.4 函数对象与lambda表达式)

1 lambda表达式

1.1 C++98中的一个例子

在C++98中，如果想要对一个数据集合中的元素进行排序，可以使用std::sort方法。

代码演示

#include <algorithm>
#include <functional>
int main()
{
	int array[] = { 4,1,8,5,3,7,0,9,2,6 };
	// 默认按照小于比较，排出来结果是升序
	std::sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
	// 如果需要降序，需要改变元素的比较规则，greater为functional头文件中类
	std::sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]), greater<int>());
	return 0;
}

运行结果

如果待排序元素为自定义类型，需要用户定义排序时的比较规则：

商品类

struct Goods
{
	string _name; // 名字
	double _price; // 价格
	int _evaluate; // 评价
	// ...

	Goods(const char* str, double price, int evaluate)
		:_name(str)
		, _price(price)
		, _evaluate(evaluate)
	{}
};

代码演示

// 价格升序
struct ComparePriceLess
{
	bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
	{
		return gl._price < gr._price;
	}
};
// 价格降序
struct ComparePriceGreater
{
	bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
	{
		return gl._price > gr._price;
	}
};

int main()
{
	vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,
3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };

	// 按照价格升序
	sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());
	// 按照价格降序
	sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());
}

运行结果

1.2 lambda表达式

商品类

struct Goods
{
	string _name; // 名字
	double _price; // 价格
	int _evaluate; // 评价
	// ...

	Goods(const char* str, double price, int evaluate)
		:_name(str)
		, _price(price)
		, _evaluate(evaluate)
	{}
};

代码演示

int main()
{
	vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,
3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };
	// 价格降序
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2)
		{
			return g1._price  > g2._price; 
		});
	// 评价降序
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2)
		{
			return g1._evaluate > g2._evaluate;
		});
	// 评价升序
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2)
		{
			return g1._evaluate < g2._evaluate;
		});
}

运行结果

上述代码就是使用C++11中的lambda表达式来解决，可以看出lambda表达式实际是一个匿名函
数。

1.3 lambda表达式语法

lambda表达式书写格式 ：[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement }

  1. lambda表达式各部分说明
  • [capture-list] : 捕捉列表，该列表总是出现在lambda函数的开始位置，编译器根据 [ ] 来判断接下来的代码是否为lambda函数，捕捉列表能够捕捉上下文中的变量供lambda函数使用。
  • (parameters)：参数列表。与普通函数的参数列表一致，如果不需要参数传递，则可以连同()一起省略
  • mutable：默认情况下，lambda函数总是一个const函数，mutable可以取消其常量性。使用该修饰符时，参数列表不可省略(即使参数为空)。
  • ->returntype：返回值类型。用追踪返回类型形式声明函数的返回值类型，没有返回值时此部分可省略。返回值类型明确情况下，也可省略，由编译器对返回类型进行推导。
  • {statement}：函数体。在该函数体内，除了可以使用其参数外，还可以使用所有捕获到的变量。

注意：
在lambda函数定义中，参数列表和返回值类型都是可选部分，而捕捉列表和函数体可以为空。因此C++11中最简单的lambda函数为：[]{}; 该lambda函数不能做任何事情。

代码演示

int main()
{
	// 最简单的lambda表达式, 该lambda表达式没有任何意义
	[] {};

	// 省略参数列表和返回值类型，返回值类型由编译器推导为int
	int a = 3, b = 4;
	[=] {return a + 3; };

	// 各部分都很完善的lambda函数
	auto add1 = [](int a, int b)->int {return a + b; };
	cout << add1(1, 2) << endl;
	
	// 返回值可以省略
	auto add2 = [](int a, int b) {return a + b; };
	cout << add2(1, 2) << endl;
	
	// 没有参数，参数列表可以省略
	auto func = [] {cout << "hello world" << endl; };
	func();

	cout << typeid(add1).name() << endl;
	cout << typeid(add2).name() << endl;
	cout << typeid(func).name() << endl;
}

运行结果

add1和add2参数，返回值，返回类型都相同，但是add1和add2的类型是不同的 ，因此lambda表达式之间不能相互赋值。

通过上述例子可以看出，lambda表达式实际上可以理解为无名函数，该函数无法直接调用，如果想要直接调用，可借助auto将其赋值给一个变量。

  1. 捕获列表说明
    捕捉列表描述了上下文中那些数据可以被lambda使用，以及使用的方式传值还是传引用。
  • [var]：表示值传递方式捕捉变量var
  • [=]：表示值传递方式捕获所有父作用域中的变量(包括this)
  • [&var]：表示引用传递捕捉变量var
  • [&]：表示引用传递捕捉所有父作用域中的变量(包括this)
  • [this]：表示值传递方式捕捉当前的this指针

注意：

  • a. 父作用域指包含lambda函数的语句块
  • b. 语法上捕捉列表可由多个捕捉项组成，并以逗号分割。
    • 比如：[=, &a, &b]：以引用传递的方式捕捉变量a和b，值传递方式捕捉其他所有变量[&，a, this]：值传递方式捕捉变量a和this，引用方式捕捉其他变量
  • c. 捕捉列表不允许变量重复传递，否则就会导致编译错误。
    • 比如：[=, a]：=已经以值传递方式捕捉了所有变量，捕捉a重复
  • d. 在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空。
  • e. 在块作用域中的lambda函数仅能捕捉父作用域中局部变量，捕捉任何非此作用域或者非局部变量都会导致编译报错。
  • f. lambda表达式之间不能相互赋值，即使看起来类型相同(typeid可以查看)

代码演示一

int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	auto swap1 = [](int& x, int& y)
	{
		int tmp = x;
		x = y;
		y = tmp;
	};
	swap1(a, b);

	// 捕捉列表，给函数使用
	// 捕捉a b对象给lambda
	// mutable可以修改传值过来的捕捉对象(日常一般不用)
	// 因为a b是拷贝过来的，因此不会改变外面的a b
	auto swap2 = [a,b]() mutable
	{
		int tmp = a;
		a = b;
		b = tmp;
	};
	swap2();

	// 引用方式捕捉
	auto swap3 = [&a, &b]()
	{
		int tmp = a;
		a = b;
		b = tmp;
	};
	swap3();

	int* pa = &a, * pb = &b;
	// 指针方式捕捉，间接
	auto swap4 = [pa, pb]()
	{
		int tmp = *pa;
		*pa = *pb;
		*pb = tmp;
	};
	swap4();

	return 0;
}

运行结果

代码演示二

int main()
{
	int a = 1, b = 2, c = 3, d = 4, e = 5;
	// = 传值捕捉所有对象
	auto func1 = [=]()
	{
		return a + b - c * d;
	};
	
	cout << func1() << endl;

	// 传引用捕捉所有对象
	auto func2 = [&]()
	{
		a++;
		b++;
		c++;
		d++;
	};
	func2();
	cout << a << b << c << d << e << endl;

	// 混合捕捉，传引用捕捉所有对象，但是d e传值捕捉
	auto func3 = [&, d, e]()
	{
		a++;
		b++;
		//d++;
		//e++;
	};
	func3();
	cout << a << b << c << d << e << endl;

	// 混合捕捉，a b传引用，c d传值
	auto func4 = [&a, &b, c, d]()
	{
		a++;
		b++;
		//c++;
		//d++;
	};
	func4();
	cout << a << b << c << d << e << endl;

	return 0;
}

运行结果

1.4 函数对象与lambda表达式

函数对象，又称为仿函数，即可以像函数一样使用的对象 ，就是在类中重载了operator()运算符的

类对象。

代码演示

// 函数对象与lambda表达式
class Rate
{
public:
	Rate(double rate) : _rate(rate)
	{}
	double operator()(double money, int year)
	{
		return money * _rate * year;
	}
private:
	double _rate;
};
int main()
{
	// 函数对象
	double rate = 0.49;
	Rate r1(rate);
	r1(10000, 2);
	// lambda
	auto r2 = [=](double monty, int year)->double 
		{return monty * rate * year;};
	r2(10000, 2);
	return 0;
}

反汇编

实际在底层编译器对于lambda表达式的处理方式，完全就是按照函数对象的方式处理的 ，即：如

果定义了一个lambda表达式，编译器会自动生成一个类，在该类中重载了operator()。

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