伪装成函数的Lambda表达式
Lambda 表达式是 C++11 引入的一种 内嵌 的 匿名函数，其功能类似于一个在函数体内定义的特殊函数，主要用于处理局部逻辑和数据封装。它的作用范围仅限于定义它的函数块，能够捕获外部变量并进行操作。
C++ Lambda 表达式
Lambda 表达式是C++11引入的一种内嵌的匿名函数。
核心与理解
我个人的理解是，可以在函数体内，写的一种特殊的函数。它的作用域只有它自己的函数块，其可以捕获外部变量，如果捕获方式是引用 ，就和平常指针一样，“拥有这些变量”。如果捕获方式是值，就通过副本保存下来这个值。也就是，Lambda是一个可以认为独立于原函数的一个匿名函数。 ！可以认为在实际使用中，Lambda表达式，可以通过传参，保存此时的“状态”，并且持久化这个状态（如果是引用捕获，会存在被修改的可能，如果是值传递，则永久保持这个状态），进行数据封装，同时用于处理一些逻辑。这也是我对“闭包”这个概念的理解。 如果不容易理解，可以先去看后面的语法，在回来看这块内容。
//大家无需看懂这个表达式，毕竟语法还没开始学习。这儿就理解一下，
int main()
{
int x = 10;
// Lambda 表达式捕获 x
auto lambda = [x]() mutable
{
x += 5; // 修改内部变量 x
std::cout << "x = " << x << std::endl;
};
lambda(); // 输出 x = 15 部x = 10 + 5;
x = x + 20; // 这里修改的是外部;
lambda(); // 输出 x = 20 内部第二次调用 x = 15 + 5;
return 0;
}
引用：
//大家无需看懂这个表达式，毕竟语法还没开始学习。这儿就理解一下，
int main() {
int x = 10;
// Lambda 表达式引用捕获 x
auto lambda = [&x]() {
x += 5; // 修改外部变量 x，如同指针，这里的x是外部的
std::cout << "x = " << x << std::endl;
};
lambda(); // 输出 x = 15 , x = 10 + 5;
x = x + 20; // 这里修改的是外部; x = 15 + 20 = 30;
lambda(); // 输出 x = 40 内部第二次调用 x = 35 + 5;
return 0;
}
如果能理解这个核心思想，Lambda就差不多完全掌握了，高级特性对于熟练编程的人来说，难的不是如何用，而是为什么用，为什么要去用。 好，以下便是基础学习部分。
基础知识
知识点：语法
完整语法
[capture list] (params list) mutable(optional) constexpr(optional)(C++17) exception attribute -> return type { function body };
//绝大多数使用为：[捕捉]（形参）->int {函数体}
- capture list：捕获外部变量列表，不能省略；（可认为是“传入值”）；
- params list：形参列表，可以省略（但是后面必须紧跟函数体）；
- mutable指示符： 可选，将lambda表达式标记为
mutable后，函数体就可以修改传值方式捕获的变量； - constexpr：可选，C++17，可以指定lambda表达式是一个常量函数；
- exception：异常设定， 可选，指定lambda表达式可以抛出的异常；
- attribute：可选，指定lambda表达式的特性；
- return type：返回类型
- function body：函数体
简化语法
在实际使用中，Lambda 表达式的语法可以简化为以下几种形式：
-
指定返回类型：
[capture list] (params list) -> return type { function body };
std::transform(vi.begin(), vi.end(), vi.begin(),
[](int i) -> int {
if (i < 0)
return -i;
else
return i;
}
); -
省略返回类型：
[capture list] (params list) { function body };
std::transform(vi.begin(), vi.end(), vi.begin(),
[](int i) {
return i < 0 ? -i : i;
}
); -
省略参数列表和返回类型：
[capture list] { function body };
auto printMessage = [a] {
std::cout << "Value of a is: " << a << std::endl;
};
知识点：捕获外部变量
Lambda 表达式可以通过捕获外部变量来访问其周围的上下文。捕获方式有以下几种：
-
值捕获：
int a = 123;
auto f = [a] {
std::cout << a << std::endl;
};
f(); // 输出：123
a = 321;
f(); // 输出：123 -
引用捕获：
int a = 123;
auto f = [&a] {
std::cout << a << std::endl;
};
a = 321;
f(); // 输出：321 -
隐式捕获：
- 值捕获：
int a = 123, b = 321;
auto df = [=] {
std::cout << a << b << std::endl;
}; - 引用捕获：
int a = 123, b = 321;
auto rf = [&] {
std::cout << a << b << std::endl;
};
- 值捕获：
知识点：参数列 表
Lambda表达式的参数定义和C++函数方法存在一些不同。 主要为：
- 参数列表中不能有默认参数。
auto lambda = [](int a, int b = 10) { // 错误：Lambda 表达式中不允许默认参数
std::cout << "a = " << a << ", b = " << b << std::endl;
};
不支持可变类型参数。（C++14引入，C++17扩展，现在已经允许，见后文）
auto lambda = [](auto... args) { // 错误：Lambda 表达式不支持可变参数
(std::cout << ... << args) << std::endl;
};
- 所有参数必须有参数名。
auto lambda = [](int a, int) { // 错误：Lambda 表达式中的参数必须有名称
std::cout << "a = " << a << std::endl;
};
知识点：返回类型
-
单一返回语句：Lambda 表达式只有一个
return语句时，可以自动推断：std::transform(vi.begin(), vi.end(), vi.begin(),
[](int i) {
return i < 0 ? -i : i;
}
); -
多语句：当 Lambda 表达式包含多个
return语句时，必须显式指定返回类型：std::transform(vi.begin(), vi.end(), vi.begin(),
[](int i) -> int {
if (i < 0)
return -i;
else
return i;
}
);
知识点：mutable 关键字
允许函数对传入的值进行修改，如果不进行mutable修饰，那么无法修改传入的值，引用不受限制；
- 使用示例：
int x = 10;
auto f = [x]() mutable {
x++; // 修改的是捕获的副本，不是外部变量 x
std::cout << x << std::endl;
};
f(); // 输出：11
std::cout << x << std::endl; // 输出：10
新特性
泛型lambda表达式
在 C++14 中，Lambda 表达式得到了增强，支持泛型编程。泛型 Lambda 表达式允许使用 auto 关键字来表示参数类型，这样可以在调用时根据传入参数的类型自动推断。这种功能类似于模板函数，可以提高代码的灵活性和复用性。
// 泛型 Lambda 表达式示例
auto add = [](auto x, auto y) { return x + y; };
int main() {
int intResult = add(2, 3); // 5
double doubleResult = add(2.5, 3.5); // 6.0
std::string strResult = add(std::string("Hello, "), std::string("world!")); // Hello, world!
std::cout << "intResult: " << intResult << std::endl;
std::cout << "doubleResult: " << doubleResult << std::endl;
std::cout << "strResult: " << strResult << std::endl;
return 0;
}
Lambda 捕捉表达式
C++14 引入了 Lambda 捕捉表达式，允许 Lambda 表达式捕捉任意类型的表达式结果。捕捉表达式可以按复制或引用方式捕捉作用域内的变量，甚至可以捕捉右值。这使得 Lambda 表达式更加灵活，特别是在处理复杂对象和右值引用时。
int main() {
// 捕捉外部变量并进行初始化
int x = 4;
auto y = [&r = x, x = x + 1] { r += 2; return x * x; }();
std::cout << "x: " << x << ", y: " << y << std::endl; // 输出：x: 6, y: 25
// 直接用字面值初始化捕捉变量
auto z = [str = "string"] { return str; }();
std::cout << "z: " << z << std::endl; // 输出：z: string
// 捕捉不能复制的对象
auto myPi = std::make_unique<double>(3.1415);
auto circle_area = [pi = std::move(myPi)](double r) { return *pi * r * r; };
std::cout << "Circle area with radius 1: " << circle_area(1.0) << std::endl; // 输出：3.1415
return 0;
}
在这个示例中：
- y 捕捉了外部变量 x 并进行了初始化，同时修改了 r 的值。
- z 捕捉了一个字符串字面值 "string"。
- circle_area捕捉了一个 std::unique_ptr 对象 myPi，并通过 std::move 将其移动到 Lambda 表达式中。
其他特性
constexpr 和 exception 关键字
-
constexpr：指定 Lambda 表达式为常量表达式：constexpr auto f = [](int x) -> int { return x * 2; };
static_assert(f(3) == 6, "f(3) should be 6"); -
exception：指定 Lambda 表达式可以抛出的异常：auto f = [](int x) noexcept -> int {
return x * 2;
};
nodiscard和maybe_unused关键字
[[nodiscard]]：防止忽略返回值：
auto f = [](int x) -> int [[nodiscard]] {
return x * 2;
};
int main() {
f(10); // 如果忽略返回值，编译器可能会给出警告
return 0;
}
[[maybe_unused]]：标记可能未使用的参数：
auto f = [](int x [[maybe_unused]]) {
// 可能不使用x
};
int main() {
f(10); // 不会有警告，即使x未被使用
return 0;
}
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