C++11:lambda匿名函数

C++11:lambda匿名函数

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:
";
    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:
";
    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。

原文地址:https://www.cnblogs.com/crossoverpptx/archive/2022/11/28/16932650.html