详解C++11中的lambda匿名函数

时间:2022-11-30 crossoverpptx 人气:0

lambda 源自希腊字母表中第 11 位的 λ，在计算机科学领域，它则被用来表示一种匿名函数。所谓匿名函数，简单地理解就是没有名称的函数，又常被称为 lambda 函数或者 lambda 表达式。

1. lambda匿名函数的定义

[capture](parameters)mutable ->return-type{statement}

参数说明：

[capture]：捕捉列表，[] 是lambda引出符，编译器根据该引出符判断接下来的代码是否是lambda函数。捕捉列表用于捕捉父域中的变量以供lambda函数使用，捕捉列表可以由多个项组成，用","分割。[var]表示以值传递方式捕捉父域中的变量var，[=]表示以值传递方式捕捉父域中的所有变量（包括this），[&var]表示以引用传递方式捕捉父域中的变量var，[&]表示以引用传递方式捕捉父域中的所有变量（包括this）,[this]表示以值传递方式捕捉当前的this指针。
(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，则可以连同括号()一起省略。
mutable：mutable修饰符，默认情况下，lambda函数总是一个const函数，mutable可以取消其常量性。在使用该修饰符时，参数列表不可省略（即使参数为空）。
->return-type：返回类型，用追踪返回类型形式声明函数的返回类型，不需要返回值的时候可以连同符号->一起省略。在返回类型明确的情况下，也可以省略该部分，让编译器对返回类型进行推导。
{statement}：函数体，内容与普通函数一样，不过除了可以使用参数之外，还可以使用所有捕获的变量。

lambda匿名函数中的[外部变量]

外部变量格式	功能
[]	空方括号表示当前 lambda 匿名函数中不导入任何外部变量。
[=]	只有一个 = 等号，表示以值传递的方式导入所有外部变量；
[&]	只有一个 & 符号，表示以引用传递的方式导入所有外部变量；
[val1,val2,...]	表示以值传递的方式导入 val1、val2 等指定的外部变量，同时多个变量之间没有先后次序；
[&val1,&val2,...]	表示以引用传递的方式导入 val1、val2等指定的外部变量，多个变量之间没有前后次序；
[val,&val2,...]	以上 2 种方式还可以混合使用，变量之间没有前后次序。
[=,&val1,...]	表示除 val1 以引用传递的方式导入外，其它外部变量都以值传递的方式导入。
[this]	表示以值传递的方式导入当前的 this 指针。

注意，单个外部变量不允许以相同的传递方式导入多次。例如 [=，val1] 中，val1 先后被以值传递的方式导入了 2 次，这是非法的。

最简单的lambda匿名函数

[]{}

此 lambda 匿名函数未引入任何外部变量（[] 内为空），也没有传递任何参数，没有指定 mutable、noexcept 等关键字，没有返回值和函数体。所以，这是一个没有任何功能的 lambda 匿名函数。

2. lambda匿名函数的使用

2.1 lambda匿名函数的定义和使用

#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main()
{
    int num[4] = { 4, 2, 3, 1 };
    // 对数组 num 中的元素进行升序排序
    sort(num, num + 4, [=](int x, int y) -> bool { return x < y; });
    for (int n : num) {
        cout << n << " ";
    }
    return 0;
}

以上程序通过调用 sort() 函数实现了对 num 数组中元素的升序排序，其中就用到了 lambda 匿名函数。而如果使用普通函数，需以如下代码实现：

#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;

// 自定义的升序排序规则
bool sort_up(int x, int y) {
    return  x < y;
}

int main()
{
    int num[4] = { 4, 2, 3, 1 };
    // 对数组 num 中的元素进行升序排序
    sort(num, num + 4, sort_up);
    for (int n : num) {
        cout << n << " ";
    }
    return 0;
}

此程序中 sort_up() 函数的功能和上一个程序中的 lambda 匿名函数完全相同。显然在类似的场景中，使用 lambda 匿名函数更有优势。

除此之外，虽然 lambda 匿名函数没有函数名称，但我们仍可以为其手动设置一个名称，比如：

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    // display 即为 lambda 匿名函数的函数名
    auto display = [](int a,int b) -> void{cout << a << " " << b;};
    // 调用 lambda 函数
    display(10,20); // 输出：10 20
    return 0;
}

可以看到，程序中使用 auto 关键字为 lambda 匿名函数设定了一个函数名，由此我们即可在作用域内调用该函数。

2.2 值传递和引用传递的区别

#include <iostream>
using namespace std;

// 全局变量
int all_num = 0;

int main()
{
    // 局部变量
    int num_1 = 1;
    int num_2 = 2;
    int num_3 = 3;
    cout << "lambda1:\n";
    auto lambda1 = [=] {
        // 全局变量可以访问甚至修改
        all_num = 10;
        // 函数体内只能使用外部变量，而无法对它们进行修改
        cout << num_1 << " "
            << num_2 << " "
            << num_3 << endl;
    };
    lambda1();
    cout << all_num << endl;

    cout << "lambda2:\n";
    auto lambda2 = [&] {
        all_num = 100;
        num_1 = 10;
        num_2 = 20;
        num_3 = 30;
        cout << num_1 << " "
            << num_2 << " "
            << num_3 << endl;
    };
    lambda2();
    cout << all_num << endl;

    return 0;
}

程序执行结果为：

lambda1:
1 2 3
10
lambda2:
10 20 30
100

可以看到，在创建 lambda1 和 lambda2 匿名函数的作用域中，有 num_1、num_2 和 num_3 这 3 个局部变量，另外还有 all_num 全局变量。其中，lambda1 匿名函数是以 [=] 值传递的方式导入的局部变量，这意味着默认情况下，此函数内部无法修改这 3 个局部变量的值，但全局变量 all_num 除外。相对地，lambda2 匿名函数以 [&] 引用传递的方式导入这 3 个局部变量，因此在该函数的内部就可以访问这 3 个局部变量，还可以任意修改它们。同样，也可以访问甚至修改全局变量。当然，如果我们想在 lambda1 匿名函数的基础上修改外部变量的值，可以借助 mutable 关键字，例如：

auto lambda1 = [=]() mutable{
    num_1 = 10;
    num_2 = 20;
    num_3 = 30;
    // 函数体内只能使用外部变量，而无法对它们进行修改
    cout << num_1 << " "
         << num_2 << " "
         << num_3 << endl;
};

由此，就可以在 lambda1 匿名函数中修改外部变量的值。但需要注意的是，这里修改的仅是 num_1、num_2、num_3 拷贝的那一份的值，真正外部变量的值并不会发生改变。

2.3 执行抛出异常类型

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    auto except = []()throw(int) {
        throw 10;
    };
    try {
        except();
    }
    catch (int) {
        cout << "捕获到了整形异常";	// 输出：捕获到了整形异常
    }
    return 0;
}

可以看到，except 匿名数组中指定函数体中可以抛出整形异常，因此当函数体中真正发生整形异常时，可以借助 try-catch 块成功捕获并处理。

在此基础上，再看一下反例：

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    auto except1 = []()noexcept {
        throw 100;
    };
    auto except2 = []()throw(char) {
        throw 10;
    };
    try {
        except1();
        except2();
    }
    catch (int) {
        cout << "捕获到了整形异常" << endl;
    }
    return 0;
}

此程序运行会直接崩溃，原因很简单，except1 匿名函数指定了函数体中不发生任何异常，但函数体中却发生了整形异常；except2 匿名函数指定函数体可能会发生字符异常，但函数体中却发生了整形异常。由于指定异常类型和真正发生的异常类型不匹配，导致 try-catch 无法捕获，最终程序运行崩溃。

如果不使用 noexcept 或者 throw()，则 lambda 匿名函数的函数体中允许发生任何类型的异常。

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