C++11新特性——lambda表達式
C++11的一大亮點就是引入了Lambda表達式。利用Lambda表達式，可以方便的定義和創建匿名函數。對於C++這門語言來說來說，“Lambda表達式”或“匿名函數”這些概念聽起來好像很深奧，但很多高級語言在很早以前就已經提供了Lambda表達式的功能，如C#，Python等。今天，我們就來簡單介紹一下C++中Lambda表達式的簡單使用。
聲明Lambda表達式
Lambda表達式完整的聲明格式如下：
[capture list] (params list) mutable exception-> return type { function body }
各項具體含義如下
- capture list：捕獲外部變量列表
- params list：形參列表
- mutable指示符：用來說用是否可以修改捕獲的變量
- exception：異常設定
- return type：返回類型
- function body：函數體
此外，我們還可以省略其中的某些成分來聲明“不完整”的Lambda表達式，常見的有以下幾種：
| 序號 | 格式 |
|---|---|
| 1 | [capture list] (params list) -> return type {function body} |
| 2 | [capture list] (params list) {function body} |
| 3 | [capture list] {function body} |
其中：
- 格式1聲明了const類型的表達式，這種類型的表達式不能修改捕獲列表中的值。
- 格式2省略了返回值類型，但編譯器可以根據以下規則推斷出Lambda表達式的返回類型： （1）：如果function body中存在return語句，則該Lambda表達式的返回類型由return語句的返回類型確定； （2）：如果function body中沒有return語句，則返回值為void類型。
-
格式3中省略了參數列表，類似普通函數中的無參函數。
講了這麽多，我們還沒有看到Lambda表達式的廬山真面目，下面我們就舉一個實例。
-
#include <iostream> #include <vector> #include <algorithm> using namespace std; bool cmp(int a, int b) { return a < b; } int main() { vector<int> myvec{ 3, 2, 5, 7, 3, 2 }; vector<int> lbvec(myvec); sort(myvec.begin(), myvec.end(), cmp); // 舊式做法 cout << "predicate function:" << endl; for (int it : myvec) cout << it << ‘ ‘; cout << endl; sort(lbvec.begin(), lbvec.end(), [](int a, int b) -> bool { return a < b; }); // Lambda表達式 cout << "lambda expression:" << endl; for (int it : lbvec) cout << it << ‘ ‘; }
在C++11之前，我們使用STL的sort函數，需要提供一個謂詞函數。如果使用C++11的Lambda表達式，我們只需要傳入一個匿名函數即可，方便簡潔，而且代碼的可讀性也比舊式的做法好多了。
下面，我們就重點介紹一下Lambda表達式各項的具體用法。
捕獲外部變量
Lambda表達式可以使用其可見範圍內的外部變量，但必須明確聲明（明確聲明哪些外部變量可以被該Lambda表達式使用）。那麽，在哪裏指定這些外部變量呢？Lambda表達式通過在最前面的方括號[]來明確指明其內部可以訪問的外部變量，這一過程也稱過Lambda表達式“捕獲”了外部變量。
我們通過一個例子來直觀地說明一下：
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 123;
auto f = [a] { cout << a << endl; };
f(); // 輸出：123
//或通過“函數體”後面的‘()’傳入參數
auto x = [](int a){cout << a << endl;}(123);
}
上面這個例子先聲明了一個整型變量a，然後再創建Lambda表達式，該表達式“捕獲”了a變量，這樣在Lambda表達式函數體中就可以獲得該變量的值。
類似參數傳遞方式（值傳遞、引入傳遞、指針傳遞），在Lambda表達式中，外部變量的捕獲方式也有值捕獲、引用捕獲、隱式捕獲。
1、值捕獲
值捕獲和參數傳遞中的值傳遞類似，被捕獲的變量的值在Lambda表達式創建時通過值拷貝的方式傳入，因此隨後對該變量的修改不會影響影響Lambda表達式中的值。
示例如下：
int main()
{
int a = 123;
auto f = [a] { cout << a << endl; };
a = 321;
f(); // 輸出：123
}
這裏需要註意的是，如果以傳值方式捕獲外部變量，則在Lambda表達式函數體中不能修改該外部變量的值。
2、引用捕獲
使用引用捕獲一個外部變量，只需要在捕獲列表變量前面加上一個引用說明符&。如下：
int main()
{
int a = 123;
auto f = [&a] { cout << a << endl; };
a = 321;
f(); // 輸出：321
}
從示例中可以看出，引用捕獲的變量使用的實際上就是該引用所綁定的對象。
3、隱式捕獲
上面的值捕獲和引用捕獲都需要我們在捕獲列表中顯示列出Lambda表達式中使用的外部變量。除此之外，我們還可以讓編譯器根據函數體中的代碼來推斷需要捕獲哪些變量，這種方式稱之為隱式捕獲。隱式捕獲有兩種方式，分別是[=]和[&]。[=]表示以值捕獲的方式捕獲外部變量，[&]表示以引用捕獲的方式捕獲外部變量。
隱式值捕獲示例：
int main()
{
int a = 123;
auto f = [=] { cout << a << endl; }; // 值捕獲
f(); // 輸出：123
}
隱式引用捕獲示例：
int main()
{
int a = 123;
auto f = [&] { cout << a << endl; }; // 引用捕獲
a = 321;
f(); // 輸出：321
}
4、混合方式
上面的例子，要麽是值捕獲，要麽是引用捕獲，Lambda表達式還支持混合的方式捕獲外部變量，這種方式主要是以上幾種捕獲方式的組合使用。
到這裏，我們來總結一下：C++11中的Lambda表達式捕獲外部變量主要有以下形式：
| 捕獲形式 | 說明 |
|---|---|
| [] | 不捕獲任何外部變量 |
| [變量名, …] | 默認以值得形式捕獲指定的多個外部變量（用逗號分隔），如果引用捕獲，需要顯示聲明（使用&說明符） |
| [this] | 以值的形式捕獲this指針 |
| [=] | 以值的形式捕獲所有外部變量 |
| [&] | 以引用形式捕獲所有外部變量 |
| [=, &x] | 變量x以引用形式捕獲，其余變量以傳值形式捕獲 |
| [&, x] | 變量x以值的形式捕獲，其余變量以引用形式捕獲 |
修改捕獲變量
前面我們提到過，在Lambda表達式中，如果以傳值方式捕獲外部變量，則函數體中不能修改該外部變量，否則會引發編譯錯誤。那麽有沒有辦法可以修改值捕獲的外部變量呢？這是就需要使用mutable關鍵字，該關鍵字用以說明表達式體內的代碼可以修改值捕獲的變量，示例：
int main()
{
int a = 123;
auto f = [a]()mutable { cout << ++a; }; // 不會報錯
cout << a << endl; // 輸出：123
f(); // 輸出：124
}
Lambda表達式的參數
Lambda表達式的參數和普通函數的參數類似，那麽這裏為什麽還要拿出來說一下呢？原因是在Lambda表達式中傳遞參數還有一些限制，主要有以下幾點：
- 參數列表中不能有默認參數
- 不支持可變參數
- 所有參數必須有參數名
常用舉例：
{
int m = [](int x) { return [](int y) { return y * 2; }(x)+6; }(5);
std::cout << "m:" << m << std::endl; //輸出m:16
std::cout << "n:" << [](int x, int y) { return x + y; }(5, 4) << std::endl; //輸出n:9
auto gFunc = [](int x) -> function<int(int)> { return [=](int y) { return x + y; }; };
auto lFunc = gFunc(4);
std::cout << lFunc(5) << std::endl;
auto hFunc = [](const function<int(int)>& f, int z) { return f(z) + 1; };
auto a = hFunc(gFunc(7), 8);
int a = 111, b = 222;
auto func = [=, &b]()mutable { a = 22; b = 333; std::cout << "a:" << a << " b:" << b << std::endl; };
func();
std::cout << "a:" << a << " b:" << b << std::endl;
a = 333;
auto func2 = [=, &a] { a = 444; std::cout << "a:" << a << " b:" << b << std::endl; };
func2();
auto func3 = [](int x) ->function<int(int)> { return [=](int y) { return x + y; }; };
std::function<void(int x)> f_display_42 = [](int x) { print_num(x); };
f_display_42(44);
}
備註：對於那些只在一兩個地方使用的簡單操作，lambda表達式是最有用的。如果我們需要在很多地方使用相同的對操作，通常應該定義一個函數，而不是多次編寫相同的lambda表達式。類似的，如果一個操作需要很多語句才能完成，通常使用函數更好。
C++11新特性——lambda表達式