C++11:lambda表达式

lambda表达式是C++11的一个非常重要的一个语法,可以帮助我们简介代码,如果说右值引用是减轻了编译器的负担,那么lambda表达式就是减轻了程序员写代码的负担。

一、C++98的一些问题

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C++提供了仿函数less和greater 可以去控制sort是升序还是降序。

cpp 复制代码
#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
std::sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]), greater<int>());
return 0;
}

但是如果待排序的元素是自定义类型,那么我们需要自己去针对性地写一个符合我们需求的仿函数传过去

cpp 复制代码
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)
{}
};
struct ComparePriceLess
{
bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
{
return gl._price < gr._price;
}
};
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 } };
sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());
sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());
}

随着C++语法的发展,**人们开始觉得上面的写法太复杂了,每次为了实现一个algorithm算法,都要重新去写一个类,如果每次比较的逻辑不一样,还要去实现多个类,特别是相同类的命名,这些都给编程者带来了极大的不便(1、想要知道传的是什么仿函数,不方便找。2、命名如果不规范,可读性差)。**因此,在C++11语法中出现了Lambda表达式用来解决这样的问题。

二、lambda表达式的语法

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

(1)[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。

(2)(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

(3)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)

(4)->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。

(5){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
。mutable一般用的很少。因此C++11中最简单的lambda函数为:[]{}; 该lambda函数不能做任何事情。

三 深入分析捕捉列表

3.1 捕获列表基本用法

如果我们要实现一个lambda表达式的交换函数,那么我们可以很容易的通过传引用去交换两个对应的参数

cpp 复制代码
int main{
	int x = 0, y = 1;
	int m = 0, n = 1;

	auto swap1 = [](int& rx, int& ry)
		{
			int tmp = rx;
			rx = ry;
			ry = tmp;
		};

	swap1(x, y);
	cout << x << " " << y << endl;
}

我们尝试用捕捉列表来解决这个问题

cpp 复制代码
int main()
{
	int x = 0, y = 1;
	int m = 0, n = 1;

	auto swap1 = [](int& rx, int& ry)
		{
			int tmp = rx;
			rx = ry;
			ry = tmp;
		};

	swap1(x, y);
	cout << x << " " << y << endl;
	// 传值捕捉
	auto swap2 = [x, y]() mutable
	{
		int tmp = x;
		x = y;
		y = tmp;
	};

	swap2();
	cout << x << " " << y << endl;

	 //引用捕捉
	auto swap3 = [&x, &y]()
		{
			int tmp = x;
			x = y;
			y = tmp;
		};
	swap3();
	cout << x << " " << y << endl;
}

3.2 捕获列表的进阶用法

var\]:表示值传递方式捕捉变量var(**默认是const** ) \[=\]:表示值传递方式捕获所有父作用域中的变量(**包括this**) ![](https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/b14477cca8393cc9d3cfd2a463a520e1.png) \[\&var\]: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 注意事项: 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。(写在函数体外)** e. 在块作用域中的lambda函数仅能捕捉父作用域中局部变量**(现在已经改成只要变量在lambda函数定义的词法作用域内可见,比如爷爷作用域,就可以被捕获),捕捉任何非此作用域或者非局部变量都会导致编译报错。(全局变量 或者是其他作用域的变量)** f. **lambda表达式之间不能相互赋值**,即使看起来类型相同(要了解底层原理!) ```cpp void (*PF)(); int main() { auto f1 = []{cout << "hello world" << endl; }; auto f2 = []{cout << "hello world" << endl; }; // 此处先不解释原因,等lambda表达式底层实现原理看完后,大家就清楚了 //f1 = f2; // 编译失败--->提示找不到operator=() // 允许使用一个lambda表达式拷贝构造一个新的副本 auto f3(f2); f3(); // 可以将lambda表达式赋值给相同类型的函数指针 PF = f2; PF(); return 0; } ``` ## 四、lambda表达式替换仿函数 ```cpp int main() { vector v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2, 3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } }; //写法一:构造出这个对象再传 auto priceless = [](const Goods& g1, const Goods& g2) { return g1._price < g2._price; }; sort(v.begin(), v.end(), priceless); //写法2:直接传匿名对象 sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) { return g1._price > g2._price; }); sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) { return g1._evaluate < g2._evaluate; }); sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) { return g1._evaluate > g2._evaluate; }); } ``` **仿函数确实能够解决这里的问题,但可能仿函数的定义位置可能和使用仿函数的地方隔得比较远,这就要求仿函数的命名必须要通俗易懂,否则会降低代码的可读性。** 对于这种场景就比较适合使用lambda表达式,我们可以发现其实lambda表达式本身就类似是一个匿名对象。 ## 五、函数对象与lambda表达式(底层) 问题引入:为什么两个看起来完全相同的lambda对象不能相互赋值呢??? ```cpp 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); // lamber auto r2 = [=](double monty, int year)->double{return monty*rate*year; }; r2(10000, 2); return 0; } ``` ------\>**其实仿函数使用起来和lambda表达式的效果是一样的,其实对于编译器来说,并没有什么lambda表达式,其实在他眼里也是仿函数(就跟他眼里没有范围for而只有迭代器一样),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()。****(就跟模版一样,将生成具体类的工作交给编译器完成)**!! ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/ad7dcae4390b4dcfba03d487b22f78f8.png) 其实**lanbda后面部分是以lambda_uuid作为类名,他是一种在机器内生成一个唯一标识的字符串!!!所以他存在的意义就是帮我们给这个类起一个名字,为了防止名字重复,就使用了uuid这个唯一标识,所以这也是为什么两个看起来完全一样的lambda表达式无法相互赋值,那是因为在编译器眼里他俩类名都不一样!!自然是两个不同的类!**! ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/6f1e4135b8e840bf90a4a1710fec30b7.png) ## 六、lambda和thread的配合使用 在以前使用pthread的时候,我们在给线程传递函数的时候他是个void\*类型,由于很多情况下需要多个参数,所以我们需要写一个结构体然后把参数当成他的成员变量,然后在函数中再进行解引用取出来,这样无疑是非常麻烦的!! 而现**如今我们有了thread这个面向对象的类,他的构造方法里使用了模版参数包和万能引用,就是说无论你想传参数的是左值还是右值,我都能接得住,你尽管传就好了!**! 而**关于方法的传递,不仅可以是仿函数、函数指针,还可以是lambda表达式!**! ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/80266f4041b446d69383632f6aa903b8.png) 常规用法:我们可以传一个函数指针 ```cpp void Func(int n, int num) { for (int i = 0; i < n; i++) { cout <> n1>>n2; thread t1(Func, n1, 1); thread t2(Func, n2, 2); t1.join(); t2.join(); return 0; } ``` 而现在我们可以传一个lambda表达式显然是更爽的,因为他不仅可以方便我们看到函数的实现,也可以直接将一些需要使用的参数直接进行捕获!! ```cpp int main() { // 20:20继续 int n1, n2; cin >> n1 >> n2; thread t1([n1](int num) { for (int i = 0; i < n1; i++) { cout <一方面我们可以直接把lanbda对象定义出来,但是这样的话就必须一开始就把他给写死,所有的线程都必须使用相同的代码 还有一种方法是**利用容器存储起来,然后再使用移动赋值!(线程池用的比较多)** ```cpp int main() { size_t m; cin >> m; vector vthds(m); // 要求m个线程分别打印n for (size_t i = 0; i < m; i++) { size_t n; cin >> n; vthds[i] = thread([i, n, m]() { for (int j = 0; j < n; j++) { cout << i << ":" << j << endl; } cout << endl; }); } for (auto& t : vthds)//必须用引用,因为thread不支持拷贝 { t.join(); } return 0; } ``` ![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/d8f68e066e584a70bf5af0d250fc3e8a.jpeg)

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