【 C 11 】lambda表达式

目录

1、lambda表达式的引入

2、lambda表达式

        lambda表达式的语法

        lambda表达式捕捉列表说明

        使用lambda表达式排序自定义类型

        lambda表达式的底层原理

1、lambda表达式的引入

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：

#include 
 #include 
 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());return 0;
 }

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。

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

这里想要对商品排序，可以采用sort函数，对于sort函数则有仿函数和重载( )运算符这两种方法：

1. 对于此自定义类型，不可采用重载( )运算符的方法，因为( )运算符只能针对其中一种方法进行排序，比如名字或加个或评价，如果我对名字进行排序了，但是后续想要通过对价格进行排序，此时就行不通了，就需要再改重载( )的方法，这么做实在是太麻烦了，不适合用。
2. 相反，按照我们先前学过的知识点，使用仿函数可以很好的进行任意一种方式的排序（名字、价格、评价），实现如下：

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 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());//按价格升序排sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());//按价格降序排
 }

2、lambda表达式

这里我们先给出使用lambda表达式的方法解决上述对于自定义类型的排序需求的问题：

int main()
 {vector 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(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._price < g2._price; });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; });
 }

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。下面我将演示lambda究竟是什么，以及其如何演化到上面的代码的。

lambda表达式的语法

lambda表达式书写格式如下：

//  捕捉列表		  参数列表    取消常量性	 返回值类型     函数体
 [capture - list](parameters) mutable -> return-type{ statement }

lambda表达式各部分说明：

注意：

示例：

int main()
 {int a = 2, b = 5;auto Add1 = [](int x, int y)->int { return x + y; };cout << Add1(a, b) << endl;//7return 0;
 }

返回值类型明确的情况下，返回值类型可以省略掉，由编译器自动推导：

int main()
 {int a = 2, b = 5;//返回值类型明确的情况下，返回值类型可以省略掉，由编译器自动推导auto Add2 = [](int x, int y) { return x + y; };cout << Add2(a, b) << endl;//7return 0;
 }

来看下指定返回值类型的情况：

int main()
 {int a = 0, b = 200;auto Add1 = [](int x, int y)->double { return (x + y) / 3.0; };auto Add2 = [](int x, int y)->int { return (x + y) / 3.0; };cout << Add1(a, b) << endl;//66.6667cout << Add2(a, b) << endl;//66return 0;
 }

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。

lambda表达式捕捉列表说明

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。

注意：

1. 父作用域指包含lambda函数的语句块
2. 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
3. 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
4. 在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空。
5. 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。
6. lambda表达式之间不能相互赋值，即使看起来类型相同

示例1：Add加法函数

int main()
 {int a = 0, b = 200;auto Add1 = [](int x, int y)->int { return (x + y) / 3.0; };cout << Add1(a, b) << endl;//66//传值捕捉auto Add2 = [a, b] { return (a + b) / 3.0; };cout << Add2() << endl;//66.6667return 0;
 }

示例2：交换函数

写法①：

int main()
 {int a = 0, b = 200;auto swap1 = [](int& x, int& y) {int tmp = x;x = y;y = tmp;};swap1(a, b);cout << a << " " << b << endl;//200 0return 0;
 }

写法②：

假设我不想用用到参数列表，那么就需要在捕获列表进行捕捉：

注意这样写会出现一个问题， 默认情况下，lambda函数总是一个const函数，所以a和b不可被修改，我们可以使用mutable来取消其常量性。

此时又会出现一个问题，怎么我又交换不了了，原因还是形参的改变不会印象实参，捕获列表要引用传递捕获变量：

int main()
 {int a = 0, b = 200;auto swap2 = [&a, &b] {int tmp = a;a = b;b = tmp;};swap2();cout << a << " " << b << endl;//200 0return 0;
 }

示例③：演示=、&

int main()
 {int c = 2, d = 3, e = 4, f = 5, g = 6, ret;//传值捕获全部变量auto Func1 = [=] {return c + d * e / f + g - 1;};cout << Func1() << endl;//9//传引用捕获全部变量auto Func2 = [&] {ret = c + d * e / f + g - 2;return ret;};cout << Func2() << endl;//8//混着捕捉：c,d传值。ret传引用auto Func3 = [c, d, &ret] {ret = c + d;return ret;};cout << Func3() << endl;//5//混着捕捉：ret传引用捕捉，其它全部传值捕捉auto Func4 = [=, &ret] {ret = c + d * e / f + g - 3;return ret;};cout << Func4() << endl;//7return 0;
 }

注意：

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;
 }

使用lambda表达式排序自定义类型

说完了lambda的基础语法，再来看看我们一开始引入lambda时写的自定义类型：

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

先前我们说对此自定义类型可以采用仿函数的方式进行排序，不过代码量繁杂，我们可以使用lambda来解决：

int main()
 {vector v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };auto priceLess = [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._price < g2._price; };sort(v.begin(), v.end(), priceLess);
 }

不过我们这里写的还算“保守”，因为我还给lambda表达式的返回值取名了，我们可以直接把它当成返回值放入sort函数里头，这里再演示其它变量用lambda排序的方式：

struct Goods
 {string _name; // 名字double _price; // 价格int _evaluate; // 评价
 };
 int main()
 {vector 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(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._price < g2._price; });//价格升序sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._price > g2._price; });//价格降序sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._evaluate < g2._evaluate; });//评分升序sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._evaluate > g2._evaluate; });//评分降序
 }

问：lambda是否可以取代仿函数？

针对此问题，答案是不可以的，通过我们上面的学习，发现lambda对处理自定义类型的排序确实要方便很多，不过在模板参数中不能使用lambda表达式，只能使用仿函数，原因如下：

1. 仿函数既可以代表类型，也可以代表对象
2. lambda定义的是一个对象

而我模板参数的需求是要传类型，这里很显然就只能使用仿函数了。

lambda表达式的底层原理

我们以如下的案例进行说明：求利率

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表达式auto r2 = [=](double monty, int year)->double {return monty * rate * year; };r2(10000, 2);return 0;
 }

下面调试代码进入反汇编，看到如下现象：

1、普通仿函数：

2、lambda表达式：

3、解释类名中的uuid：

4、解释lambda表达式之间不能相互赋值：

void (*PF)();
 int main()
 {auto f1 = [] {cout << "hello world" << endl; };auto f2 = [] {cout << "hello world" << endl; };//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;
 }

5、总结：

1. 每个lambda都会被转换成一个仿函数类型
2. 普通仿函数的名称是自己取的，lambda的仿函数名称是编译器取的