C++11 Lambda表达式详解-优快云博客

C++ 11中的Lambda表达式用于定义并创建匿名的函数对象，以简化编程工作。
Lambda的语法形式如下：

[函数对象参数] (操作符重载函数参数) mutable或exception声明 -> 返回值类型 {函数体}
可以看到，Lambda主要分为五个部分：[函数对象参数]、(操作符重载函数参数)、mutable或exception声明、-> 返回值类型、{函数体}。

下面分别进行介绍。

一、[函数对象参数]，标识一个Lambda的开始，这部分必须存在，不能省略。函数对象参数是传递给编译器自动生成的函数对象类的构造函数的。函数对象参数只能使用那些到定义Lambda为止时Lambda所在作用范围内可见的局部变量（包括Lambda所在类的this）。函数对象参数有以下形式：

1、空。没有使用任何函数对象参数。
2、=。函数体内可以使用Lambda所在作用范围内所有可见的局部变量（包括Lambda所在类的this），并且是值传递方式（相当于编译器自动为我们按值传递了所有局部变量）。
3、&。函数体内可以使用Lambda所在作用范围内所有可见的局部变量（包括Lambda所在类的this），并且是引用传递方式（相当于编译器自动为我们按引用传递了所有局部变量）。
4、this。函数体内可以使用Lambda所在类中的成员变量。
5、a。将a按值进行传递。按值进行传递时，函数体内不能修改传递进来的a的拷贝，因为默认情况下函数是const的。要修改传递进来的a的拷贝，可以添加mutable修饰符。
6、&a。将a按引用进行传递。
7、a, &b。将a按值进行传递，b按引用进行传递。
8、=，&a, &b。除a和b按引用进行传递外，其他参数都按值进行传递。
9、&, a, b。除a和b按值进行传递外，其他参数都按引用进行传递。
二、(操作符重载函数参数)，标识重载的()操作符的参数，没有参数时，这部分可以省略。参数可以通过按值（如：(a,b)）和按引用（如：(&a, &b)）两种方式进行传递。

三、mutable或exception声明，这部分可以省略。按值传递函数对象参数时，加上mutable修饰符后，可以修改按值传递进来的拷贝（注意是能修改拷贝，而不是值本身）。exception声明用于指定函数抛出的异常，如抛出整数类型的异常，可以使用throw(int)。

四、-> 返回值类型，标识函数返回值的类型，当返回值为void，或者函数体中只有一处return的地方（此时编译器可以自动推断出返回值类型）时，这部分可以省略。

五、{函数体}，标识函数的实现，这部分不能省略，但函数体可以为空。

或许，Lambda 表达式算得上是 C++ 11 新增特性中最激动人心的一个。这个全新的特性听起来很深奥，但却是很多其他语言早已提供（比如 C#）或者即将提供（比如 Java）的。简而言之，Lambda 表达式就是用于创建匿名函数的。GCC 4.5.x 和 Microsoft Visual Studio 早已提供了对 lambda 表达式的支持。在 GCC 4.7 中，默认是不开启 C++ 11 特性的，需要添加 -std=c++11 编译参数。而 VS2010 则默认开启。

为什么说 lambda 表达式如此激动人心呢？举一个例子。标准 C++ 库中有一个常用算法的库，其中提供了很多算法函数，比如 sort() 和 find()。这些函数通常需要提供一个“谓词函数 predicate function”。所谓谓词函数，就是进行一个操作用的临时函数。比如 find() 需要一个谓词，用于查找元素满足的条件；能够满足谓词函数的元素才会被查找出来。这样的谓词函数，使用临时的匿名函数，既可以减少函数数量，又会让代码变得清晰易读。

下面来看一个例子：

#include <algorithm>
#include <cmath>

void abssort(float *x, unsigned N)
{
  std::sort(x,
            x + N,
            [](float a, float b) { return std::abs(a) < std::abs(b); });
}

从上面的例子来看，尽管支持 lambda 表达式，但 C++ 的语法看起来却很“神奇”。lambda 表达式使用一对方括号作为开始的标识，类似于声明一个函数，只不过这个函数没有名字，也就是一个匿名函数。这个匿名函数接受两个参数，a和b；其返回值是一个 bool 类型的值，注意，返回值是自动推断的，不需要显式声明，不过这是有条件的！条件就是，lambda 表达式的语句只有一个 return。函数的作用是比较 a、b 的绝对值的大小。然后，在此例中，这个 lambda 表达式作为一个闭包被传递给 std::sort() 函数。

下面，我们来详细解释下这个神奇的语法到底代表着什么。
我们从另外一个例子开始：

std::cout << [](float f) { return std::abs(f); } (-3.5);

输出值是什么？3.5！注意，这是一个函数对象（由 lambda 表达式生成），其实参是 -3.5，返回值是参数的绝对值。lambda 表达式的返回值类型是语言自动推断的，因为std::abs()的返回值就是 float。注意，前面我们也提到了，只有当 lambda 表达式中的语句“足够简单”，才能自动推断返回值类型。

C++ 11 的这种语法，其实就是匿名函数声明之后马上调用（否则的话，如果这个匿名函数既不调用，又不作为闭包传递给其它函数，那么这个匿名函数就没有什么用处）。如果你觉得奇怪，那么来看看 JavaScript 的这种写法：

function() {} ();
function(a) {} (-3.5);
C++ 11 的写法完全类似 JavaScript 的语法。

如果我不想让 lambda 表达式自动推断类型，或者是 lambda 表达式的内容很复杂，不能自动推断怎么办？比如，std::abs(float)的返回值是 float，我想把它强制转型为 int。那么，此时，我们就必须显式指定 lambda 表达式返回值的类型：

std::cout << [](float f) -> int { return std::abs(f); } (-3.5);

这个语句与前面的不同之处在于，lambda 表达式的返回时不是 float 而是 int。也就是说，上面语句的输出值是 3。返回值类型的概念同普通的函数返回值类型是完全一样的。

当我们想引用一个 lambda 表达式时，我们可以使用auto关键字，例如：

auto lambda = [] () -> int { return val * 100; };
auto关键字实际会将 lambda 表达式转换成一种类似于std::function的内部类型（但并不是std::function类型，虽然与std::function“兼容”）。所以，我们也可以这么写：

std::function

例如：
float f0 = 1.0;
std::cout << [=](float f) { return f0 + std::abs(f); } (-3.5);
其输出值是 4.5。[=] 意味着，lambda 表达式以传值的形式捕获同范围内的变量。

另外一个例子：
float f0 = 1.0;
std::cout << [&](float f) { return f0 += std::abs(f); } (-3.5);
std::cout << '\n' << f0 << '\n';
输出值是 4.5 和 4.5。[&] 表明，lambda 表达式以传引用的方式捕获外部变量。

那么，下一个例子：
float f0 = 1.0;
std::cout << [=](float f) mutable { return f0 += std::abs(f); } (-3.5);
std::cout << '\n' << f0 << '\n';

这个例子很有趣。首先，[=]意味着，lambda 表达式以传值的形式捕获外部变量。C++ 11 标准说，如果以传值的形式捕获外部变量，那么，lambda 体不允许修改外部变量，对 f0 的任何修改都会引发编译错误。但是，注意，我们在 lambda 表达式前声明了mutable关键字，这就允许了 lambda 表达式体修改 f0 的值。因此，我们的例子本应报错，但是由于有 mutable 关键字，则不会报错。那么，你会觉得输出值是什么呢？答案是，4.5 和 1.0。为什么 f0 还是 1.0？因为我们是传值的，虽然在 lambda 表达式中对 f0 有了修改，但由于是传值的，外部的 f0 依然不会被修改。

上面的例子是，所有的变量要么传值，要么传引用。那么，是不是有混合机制呢？当然也有！比如下面的例子：

float f0 = 1.0f;
float f1 = 10.0f;
std::cout << [=, &f0](float a) { return f0 += f1 + std::abs(a); } (-3.5);
std::cout << '\n' << f0 << '\n';
这个例子的输出是 14.5 和 14.5。在这个例子中，f0 通过引用被捕获，而其它变量，比如 f1 则是通过值被捕获。

下面我们来总结下所有出现的 lambda 引入符：

[]        // 不捕获任何外部变量
[=]      // 以值的形式捕获所有外部变量
[&]      // 以引用形式捕获所有外部变量
[x, &y] // x 以传值形式捕获，y 以引用形式捕获
[=, &z]// z 以引用形式捕获，其余变量以传值形式捕获
[&, x]  // x 以值的形式捕获，其余变量以引用形式捕获

另外有一点需要注意。对于[=]或[&]的形式，lambda 表达式可以直接使用 this 指针。但是，对于[]的形式，如果要使用 this 指针，必须显式传入：

this { this->someFunc(); }();

至此，我们已经大致了解了 C++ 11 提供的 lambda 表达式的概念。建议通过结合 lambda 表达式与std::sort()或std::for_each()这样的标准函数来尝试使用一下吧！

#include <iostream>  
#include <algorithm>  
#include <vector>  

using namespace std;

int main()
{
    vector<int> hello = {0, 1, 2, 3, 4, 5,5, 6};

    int x = 5;
    int sum = count_if(hello.begin(), hello.end(), [x](int n) {return x == n; });

    cout << sum << endl;

    int a   = 10;
    char i  = 2;
    float c = 2.3;

    cout << [=, &a](int n) {return a < c ? a+n : c+n; }(100) << endl;

    return 0;
}

c++ Lambda函数