C++的Lambda表达式

C++的Lambda表达式在WIN RT的异步编程中，占有非常重要的作用。但C++的Lambda表达式又不同于其他语言，比如C#，javascript。本篇旨在讨论C++ Lambda表达式的基本语法和概念，希望大家多多指正。

 

 首先，我们看一下Lambda表达式的基本构成

 

1. 是捕获值列表，2.是传入参数列表，3.可修改标示符，4.错误抛出标示符，5.函数返回值，6.是函数体。

 

在.NET 中，我们认为比较标准的Lambda表达式应该是这个样子

//  declaring_lambda_expressions1.cpp
#include <functional>

int main()
{
    //  Assign the lambda expression that adds two numbers to an auto variable.
   auto f1 = [] ( int x,  int y) {  return x + y; }; 

    //  Assign the same lambda expression to a function object.
   function< int ( int,  int)> f2 = [] ( int x,  int y) {  return x + y; };

   f1(3,4); 

}

f1是一个auto的值，也是function<>这个模板类型，我们可以理解成为一个函数指针。然后我们用f1(3,4)去调用他。

 

如果我们想在函数声明的时候就直接执行他，我们可以在Lambda表达式的最后加传入参数，像这样。

int main()
{
    using  namespace std;
    int n = [] ( int x,  int y) {  return x + y; }( 5,  4);

    // assign the return type
    int n = [] ( int x,  int y) ->  int{  return x + y;}( 5,  4);
   cout << n << endl;

}

第二个表达式中声明的返回值必须跟随->符号，并且两个必须同时出现。如果返回值唯一的话，我们可以省略->+返回值类型。

Lambda表达式允许返回值不唯一的情况，但必须指定返回值类型。

在以上的例子当中，只是常规的Lambda表达式用法，下面我们要说一说捕获值列表。

 

捕获值列表，是允许我们在Lambda表达式的函数体中直接使用这些值，捕获值列表能捕获的值是所有在此作用域可以访问的值，包括这个作用域里面的临时变量，类的可访问成员，全局变量。捕获值的方式分两种，一种是按值捕获，一种是按引用捕获。顾名思义，按值捕获是不改变原有变量的值，按引用捕获是可以在Lambda表达式中改变原有变量的值。

[&] 所有的值都是按引用捕获

[=] 所有的值都是按值捕获

如果你不想某些值被按引用或者按值捕获，但其他的值却想那样做的话

[ &, n ] 除了n 所有的值按引用捕获

[ = , &n ]除了n所有的值按值捕获

当然，我们也可以指定某几个值的捕获属性

[ m, n ]m,n按值捕获

[ &m, &n ]m,n按引用捕获

 

       int m = 0, n = 0;

    
      [=] ( int a) mutable { m = ++n + a; }( 4);
      [&] ( int a) { m = ++n + a; }( 4);

      [=,&m] ( int a) mutable { m = ++n + a; }( 4);
      [&,m] ( int a) mutable { m = ++n + a; }( 4);

      [m,n] ( int a) mutable { m = ++n + a; }( 4);
      [&m,&n] ( int a) { m = ++n + a; }( 4);

      [=] ( int a) mutable { m = ++n + a; }( 4);

 

大家一定好奇为什么这里有很多mutable。在按值引用的情况下，Lambda函数体内部是不能直接修改引用值的。如下面注释代码，是会报错的。这种情况下，我们要在Lambda表达式前加mutable，但是结果m,n 依然没有被修改，维持按值引用的特性。

int main()
{
       int m =  0, n =  0;
       //  不加mutable会报错
       // [=] (int a){ m = ++n + a; }(4);
       // [m,n] (int a){ m = ++n + a; }(4);

      [=] ( int a) mutable { m = ++n + a; }( 4);
      //
      //  [=] (int m, int n, int a){m=++n+a; }(m, n, 4);
      //  下面这个函数m,n的值依然会被修改，因为m,n是按引用传入的
      //  [=] (int &m, int &n, int a){m=++n+a; }(m, n, 4);
      cout << m << endl << n << endl;

}

 

 在这个例子中捕获值列表[this]中的this是用来指向这个类的，但[this]只有在类的内部，或者是this指针存在的情况下才能使用。

class Scale
{
public:
    //  The constructor.
    explicit Scale( int scale)
      : _scale(scale)
   {
   }

    //  Prints the product of each element in a vector object 
    //  and the scale value to the console.
    void ApplyScale( const vector< int>& v)  const
   {
      for_each(v.begin(), v.end(), 
         [ this]( int n) { cout << n * _scale << endl; });
   }

private:
    int _scale;

};

 

关于异常：

我们可以通过try-catch去捕获异常，而在Lambda表达式中声明throw()，是指示编译器这个函数不会抛异常，会引起编译的警告。

 

然后，Lambda可以支持返回函数指针，或者说是嵌套一个Lambda表达式，比如：

int main()
{
    using  namespace std;

    //  The following lambda expression contains a nested lambda
    //  expression.
    int m = []( int x) 
      {  return []( int y) {  return y *  2; }(x) +  3; }( 5);

    //  Print the result.
   cout << m << endl;

}

我们可以把 return [](int y) { return y * 2; }(x) 抽象成 f(x) 所以原函数就是return f(5)+3 就是2*5+3=13

 

加入函数指针之后，我们来看一看一个Lambda表达式可以写的多复杂，这是来自于MSDN的官方的例子。

//  higher_order_lambda_expression.cpp
//  compile with: /EHsc
#include <iostream>
#include <functional>

int main()
{
    using  namespace std;

    //  The following code declares a lambda expression that returns 
    //  another lambda expression that adds two numbers. 
    //  The returned lambda expression captures parameter x by value.
   auto g = []( int x) -> function< int ( int)> 
      {  return [=]( int y) {  return x + y; }; };

    //  The following code declares a lambda expression that takes another
    //  lambda expression as its argument.
    //  The lambda expression applies the argument z to the function f
    //  and adds 1.
   auto h = []( const function< int ( int)>& f,  int z) 
      {  return f(z) +  1; };

    //  Call the lambda expression that is bound to h. 
   auto a = h(g( 7),  8);

    //  Print the result.
   cout << a << endl;

}

 

 

 

结果很简单就是7+8+1=16 我通过代码帮大家展开一下：

   auto g = []( int x) -> function< int ( int)> 
      {  return [=]( int y) {  return x + y; }; };

   auto h = []( const function< int ( int)>& f,  int z) 
      {  return f(z) +  1; };

   auto a = h(g( 7),  8);
    //  解：
    //  我们先看看g(7) 等于什么
    //  我们把g的返回值 return [=](int y) { return x + y; }; 抽象成一个函数t(y)
    //  那么g(x)返回的就t(y)
    //  也就是g(7)=t(y) 这里g的参数和t的参数无关
    //  那么 h(g(7), 8)=h(t(y), 8))
    //  代入h的表达式，我们发现t(y)就是f(z)
    //  代入的结果就是 return t(8)+1,再把g(7)代入就是7+8+1=16
   

   cout << a << endl; 

 

最后，有人会很好奇foe_each为什么可以传入Lambda表达式

首先，我们看看for_each的展开

template< class InputIterator,  class Function>
  Function for_each(InputIterator first, InputIterator last, Function f)
  {
     for ( ; first!=last; ++first ) f(*first);
     return f;
  }

//From: http://www.cplusplus.com/reference/algorithm/for_each/ 

 当然这不是实际的代码，但是我们可以看到，调用的只是f()再传入迭代器的值，所以，我们在写for_each的Lambda表达式的时候，传入参数一定是和迭代器的类型是匹配的。

在没有Lambda表达式的时候，只要是能写成 f(*first)这样的东西传进来的都行，所以就会出现结构体重载()操作符，这样的奇葩

void myfunction ( int i) {
  cout <<  "   " << i;
}

struct myclass {
   void  operator() ( int i) {cout <<  "   " << i;}
} myobject;

int main () {
  vector< int> myvector;
  myvector.push_back( 10);
  myvector.push_back( 20);
  myvector.push_back( 30);

  cout <<  " myvector contains: ";
  for_each (myvector.begin(), myvector.end(), myfunction);

   //  or:
  cout <<  " \nmyvector contains: ";
  for_each (myvector.begin(), myvector.end(), myobject);

  cout << endl;

   return  0;

}

 

在C++中Lambda表达式被设计的相对复杂，但我相信，这也是C++这门语言的魅力所在，功能很强大，但是很难学。

希望这篇文章能给大家在使用Lambda表达式的时候一些帮助。 

引自： http://www.cnblogs.com/zjjcy/archive/2012/03/18/2404214.html