lambda表达式

本文详细介绍了Lambda表达式的基本概念及使用方法,包括其作为可调用对象的特点、参数传递方式、捕获列表的使用以及如何指定返回类型等内容。

介绍lambda

可调用对象
对于一个对象或一个表达式,如果可以对其使用调用运算符,则称它为可调用的。如:函数、函数指针、重载了函数调用运算符的类和lambda表达式。

一个lambda表达式表示一个可调用的代码单元。我们可以将其理解为一个未命名的内联函数。与任何函数类似,一个lambda具有一个返回类型、一个参数列表和一个函数体。但与函数不同,lambda可能定义在函数内部。

一个lambda表达式具有如下形式:

[capture list] (parameter list) -> return type { function body }

如:

[] (const string &a, const string &b)
    { return a.size() < b.size();}

capture list(捕获列表)是一个lambda所在函数中定义的局部变量的列表(通常为空)
return type、parameter list和function type与任何普通函数一样,分别表示返回类型、参数列表和函数体。但与普通函数不同,lamda必须使用尾置返回来指定返回类型。

在lambda中忽略括号和参数列表等价于指定一个空参数列表。如果忽略返回类型,lambda根据函数体中的代码推断出返回类型。如果函数体只是一个return语句,则返回类型从返回的表达式的类型推断而来。否则,返回类型为void。

向lambda传递参数

与普通函数不同,lambda不能有默认参数,一个lambda调用的实参数目永远与形参数目相同。

lambda常用于传递给算法作为一个谓词

stable_sort(words.begin(), words.end(),
            [] (const string &a, const string &b)
                { return a.size() < b.size();});

使用捕获列表

lambda可以出现在一个函数中,使用其局部变量,但它只能使用那些明确指明的变量。一个lambda通过将局部变量包含在其捕获列表中来指出将会使用这些变量。捕获列表指引lambda在其内部包含访问局部变量所需的信息。

捕获列表只用于局部非static变量,lambda可以直接使用局部static变量和在它所在函数之外声明的名字。

lambda捕获和返回

定义一个lambda时,编译器生成一个与lambda对应的新的(未命名的)类类型。在lambda表达式产生的类中含有一个重载的函数调用运算符。

对下面这个作为最后一个实参的lambda表达式来说:

stable_sort(words.begin(), words.end(),
            [] (const string &a, const string &b)
                { return a.size() < b.size();});

其行为类似于下面这个类的一个未命名对象

class ShorterString
{
    public:
        bool operator()(const string &s1,const string& s2) const
        {return s1.size() < s2.size(); }
};

用这个类替代lambda表达式后,我们可以重写并重新调用stable_sort:

stable_sort(words.begin(), words.end(), ShorterString());

类似参数传递,变量的捕获方式也可以是值或引用。
值捕获
与传值参数类似,采用值捕获的前提是变量可拷贝。与参数不同,被捕获的变量的变量的值是在lambda创建时拷贝,而不是调用时拷贝

通过值捕获的变量被拷贝到lambda中,这种lambda产生的类必须为每个值捕获的变量建立对应的数据成员,同时创建构造函数,令其使用捕获的变量的值来初始化数据成员。

引用捕获
引用捕获用&表示以引用方式捕获。一个以引用方式捕获的变量与其他任何类型的引用的行为类似。当我们在lambda函数体内使用此变量时,实际上使用的是引用所绑定的对象。
当以引用方式捕获一个变量时,必须保证在lambda执行时变量是存在的。

当一个lambda表达式通过引用捕获变量时,将由程序负责确保lambda执行时所引的对象确实存在。因此,编译器可以直接使用该引用而无须在lambda产生的类中将其存储为数据成员。

隐式捕获

为了指示编译器推断捕获列表,应在捕获列表中写一个&或=。
&表示编译器采用捕获引用方式,=则表示采用值捕获方式。

如果我们希望对一部分变量采用值捕获,对其他变量采用引用捕获,可以混合使用隐式捕获和显示捕获。
当我们混合使用隐式捕获和显示捕获时,捕获列表中的第一个元素必须是一个&或=,此符号指定了默认捕获方式为引用或值。

可变lambda

默认情况下,对于一个值被拷贝的变量,lambda不会改变其值。如果我们希望能改变一个被捕获的变量的值,就必须在参数列表首加上关键字mutable。

auto f = [v1] () mutable { return ++v1; };

指定lambda返回类型

默认情况下,如果一个lambda体包含return之外的任何语句,则编译器假定此lambda返回void。
但是,不能推断lambda的返回类型时需要指定返回类型:

// 错误:编译器推断这个版本的lambda返回类型为void,但返回了一个int值
transform(vi.begin(),vi.end(),vi.begin(),
            [](int i) { if(i<0) return -i;else return i;} );

当我们需要为一个lambda定义返回类型时,必须使用尾置返回类型:

transform(vi.begin(),vi.end(),vi.begin(),
            [](int i) -> int
            { if(i<0) return -i;else return i;} );
### Lambda表达式的使用方法和示例 Lambda 表达式是一种简洁的语法形式,用于定义匿名函数或委托。它能够以非常紧凑的方式表示一段可执行逻辑,并且在多种编程语言中得到了广泛应用,例如 Java、C# 和 C++。 #### 基本语法与用法 Lambda 表达式的基本结构通常包括参数列表、箭头符号 `->` 或 `=>` 以及函数体。以下是一些典型的 Lambda 表达式示例: ```java // 无参Lambda表达式 Runnable runnable = () -> { System.out.println("Hello, World!"); }; ``` ```java // 有参Lambda表达式 Function<Integer, String> function = (num) -> "数字是:" + num; ``` ```java // 单行Lambda表达式 Predicate<String> predicate = (s) -> s.length() > 5; ``` 这些示例展示了如何通过 Lambda 表达式简化代码逻辑,使其更加直观和易于维护[^2]。 #### 在实际场景中的应用 Lambda 表达式的一个常见用途是作为参数传递给需要函数式接口的方法,例如在集合操作中进行过滤或映射: ```java public class Demo01Lambda { public static void method(int num, Calcable lambda) { System.out.println(lambda.cal(num)); } public static void main(String[] args) { method(-1314, n -> Math.abs(n)); // 使用Lambda表达式计算绝对值 [^1] } } ``` 在此示例中,Lambda 表达式 `n -> Math.abs(n)` 被用来替代一个单独定义的方法,从而减少了冗余代码并提高了可读性。 #### 与委托结合使用(C#) 在 C# 中,Lambda 表达式可以用来快速定义委托,而无需显式声明方法: ```csharp Func<int, int> square2 = x => x * x; // 使用Lambda表达式定义平方函数 Console.WriteLine(square2(5)); // 输出结果为25 [^3] ``` 这种写法不仅简化了代码结构,还使得逻辑意图更为清晰。 #### 方法引用与参数匹配 当 Lambda 表达式仅调用某个已存在的方法时,可以直接使用方法引用来进一步简化代码: ```java Function<String, Integer> func = String::length; // 正确:将字符串长度方法作为函数引用 ``` 此处的 `String::length` 是对 `String` 类中 `length()` 方法的一种直接引用,它等价于 `(s) -> s.length()`。这种方法引用方式要求被引用方法的参数列表必须与目标函数式接口的抽象方法参数相匹配[^4]。
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