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。

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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;} );
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