lambda表达式c++

news2024/12/23 3:00:11

介绍

可调用对象

对于一个表达式，如果可以对其使用调用运算符（），则称它为可调用对象。如函数就是一个可调用对象，当我们定义了一个函数f(int)时，我们可以通过f(5)来调用它。

可调用对象有：

  • 函数
  • 函数指针
  • 重载了函数调用运算符的类
  • lambda表达式

lamdba表达式语法结构

lambda表达式又称匿名函数，可以简单的理解为一个内联函数，它通常被写在一个普通函数的内部定义和使用，其语法结构为

使用参数列表

参数列表很好理解，类似于我们在定义一个普通函数的时候，要使用的参数，如

void sol() {
	auto f = [](int a,int b) {return a+b; };
	cout << f(2,3) << endl;
}

 上述代码中，我们定义了一个普通函数sol，并在其中定义了一个lambda表达式，在参数列表中定义了两个参数，并返回这两个参数的和

 需要注意的是，与普通函数不同，lambda表达式中的参数列表中不能使用默认参数

使用捕获列表

捕获列表是一个lamdba表达式所在的普通函数的局部变量的列表，听起来很拗口，我们举例来说

void sol() {
	auto f1 = [](int a,int b) {return a+b; };
	cout << f1(2,3) << endl;

	int x = 3, y = 4;
	auto f2 = [x, y]() {return x + y; };
	cout << f2() << endl;

}

 

上述代码中，我们在sol的普通函数中定义了两个lambda表达式，其中f1使用了参数列表，f2使用了捕获列表，二者的区别在于，lambda表达式f1的参数列表是自定义的，而lambda表达式f2中的捕获列表是使用了sol普通函数中的局部变量x和y

也就是说，如果你想在lambda表达式中使用所在函数的局部变量，就要使用捕获列表进行捕获，否则将无法使用该局部变量

为了强调说明这一问题，我们在sol函数中再次定义一个变量z，在捕获列表中不写入它，但在函数体中使用它，来观察结果

由此可见，捕获列表中存放的是lambad表达式所在函数的已经存在的局部变量 

lambda表达式使用案例

接下来，我们从一个案例中来看lambda表达式的使用场景

问题描述

假如现在我们有一些单词，这些单词包含重复，现在我想知道这些单词的长度大于等于给定长度的单词有几个，比如，有以下单词序列：

"the","quick","red","fox","jumps","over","the","slow","red","turtle"

其中单词长度大于等于5的单词有三个，分别是jumps、quick、turtle

问题分析

首先我们需要明确的是，由于单词序列中包含重复的单词，因此我们首先需要对单词序列进行去重，其次，我们可以将单词按照其长度大小按照从小到大进行排序，此后找到第一个大于等于给定长度的单词，那么后边的单词都满足条件，统计其个数即可，即

  • 对单词序列进行去重
  • 按照单词的长度进行从小到大进行排序
  • 对排序后的单词序列进行遍历，找到第一个大于等于给定长度的单词，此后的单词就都满足条件，统计个数

问题解决

为了方便观察输出结果，我们首先重载输出运算符

ostream& operator<<(ostream& os, vector<string> words)
{
	for (string word : words)
		os << word << " ";
	return os;
}

上述代码中使用到了范围for循环语句，详情请移步

c++范围for语句-CSDN博客

输入数据

vector<string> words = { "the","quick","red","fox","jumps","over","the","slow","red","turtle" };

数据去重

  • 按照单词的字典序进行排序，这样相同的单词必然会紧邻
  • 对排序后的单词使用泛型算法unique进行去重
void elimDups(vector<string>& words)
{
	sort(words.begin(), words.end());//按照字典序进行排序
	//unique算法将重排输入序列，将相邻的重复项进行“消除”，并返回一个指向不重复值范围末尾的迭代器
	auto end_unique = unique(words.begin(), words.end());
	//unique去重后，vector中对多出来删除的空余位置，删除unique后的空余位置
	words.erase(end_unique, words.end());
}

输入数据并去重

	vector<string> words = { "the","quick","red","fox","jumps","over","the","slow","red","turtle" };
	cout << words << endl;
	elimDups(words);
	cout << words << endl;

 

按照单词长度进行排序

	sort(words.begin(), words.end(), [](string w1,string w2) {
		return w1.size() < w2.size();
		});

 

上述代码中，我们使用sort函数对去重后的单词序列进行排序，排序规则是单词的长度，并且按照从小到大进行排序，在sort函数的第三个参数中使用lambda表达式定义排序规则，上述代码等价于：

bool compare(const string& s1, const string& s2)
{
	return s1.size() < s2.size();
}

void sol()
{
	sort(words.begin(), words.end(), compare);
}

可以看到，我们用lambda表达式代替了compare函数，也就是说

  • lambda表达式可以直接在需要调用函数的位置定义短小精悍的函数，而不需要预先定义好函数

 找到满足条件的单词位置

对单词序列按照长度进行排序后，我们只需要找到单词长度大于等于给定长度的单词位置即可，我们使用find_if函数来查找第一个具有特定大小的元素，如下：

	vector<int>::size_type sz = 5;
	auto wc = find_if(words.begin(), words.end(),
		[sz](string word) {
			return word.size() >= sz;
		});
	decltype(sz) count = words.end() - wc;
	cout << count << endl;

上述代码中，我们同样使用lambda表达式作为find_if函数的查找规则，其中捕获列表中的参数sz是为我们在函数中定义的给定长度，至此案例开头给出的问题就解决了，下边是完整代码，详细解释可见《c++ primer》第五版P343~P349

#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>
#include<algorithm>
using namespace std;

#if 1
ostream& operator<<(ostream& os, vector<string> words)
{
	for (string word : words)
		os << word << " ";
	return os;
}

void elimDups(vector<string>& words)
{
	sort(words.begin(), words.end());//按照字典序进行排序
	//unique算法将重排输入序列，将相邻的重复项进行“消除”，并返回一个指向不重复值范围末尾的迭代器
	auto end_unique = unique(words.begin(), words.end());
	//unique去重后，vector中对多出来删除的空余位置，删除unique后的空余位置
	words.erase(end_unique, words.end());
}

void sol()
{
	vector<string> words = { "the","quick","red","fox","jumps","over","the","slow","red","turtle" };
	cout << words << endl;
	elimDups(words);
	cout << words << endl;
	
	sort(words.begin(), words.end(), [](string w1,string w2) {
		return w1.size() < w2.size();
		});
	cout << words << endl;

	vector<int>::size_type sz = 5;
	auto wc = find_if(words.begin(), words.end(),
		[sz](string word) {
			return word.size() >= sz;
		});
	decltype(sz) count = words.end() - wc;
	cout << count << endl;
}

int main()
{
	sol();
	return 0;
}
#endif

lambda表达式语法结构详解

通过以上案例我们已经知道了lambda表达式的使用场景，接下来我们详细说明lambda表达式语法结构中各参数的使用

捕获列表

类似于参数传递，捕获列表在捕获函数中的局部变量时，也可分为值捕获与引用捕获；其中采用值捕获的前提是变量可以被拷贝，但与普通函数的参数值传递不同，被捕获的变量的值是在lambdb创建时拷贝，而不是调用时拷贝。

值捕获

void sol() {
	int a = 41;
	auto f1 = [a]() {return a; };
	a=0;//修改啊的值
	cout << f1() << endl;//41
}

上述代码中，我们使用值捕获来捕获sol函数中的局部变量a，之后改变a的值再次输出，发现lambda表达式中的值仍旧是改变前的值，说明此时被捕获的变量a是在lambda创建时拷贝过去的，因此后续a的改变将不影响lambda内的值

引用捕获

void sol() {
	int a = 41;
	auto f1 = [&a]() {return a; };
	a=0;
	cout << f1() << endl;//0
}

与上述实验不同，我们使用引用捕获方式捕获局部变量a，此时在改变a的值后，lambda表达式输出的是改变后的值，因为使用的是引用捕获，因此lambda内所捕获的变量a与sol函数的a使用的是同一份内存，故对局部变量a的改变也会影响到lambda表达式中a的值

隐式捕获

上述捕获都属于显示捕获，也就是说我们想在lambda中使用哪个局部变量就在捕获列表中填入哪个，但有时我们希望使用sol函数中所有的局部变量时，一个一个填入捕获列表显然就会很麻烦，因此使用隐式捕获，就表示我们在lambda表达式中可以使用所在普通函数中所有局部变量。

同显示捕获一样，隐式捕获也分为值捕获与引用捕获

值传递隐式捕获

void sol() {

	int a = 3,b=4;
	auto f = [=]() {return a + b; };
	cout << f() << endl;
}

上述代码的lambda表达式中的捕获列表=表示，该lambda表达式可以使用sol函数的全部的局部变量，且使用方式为值捕获

引用传递隐式捕获

同样的道理，下述lambda表达式可以使用sol函数的全部的局部变量，且使用方式为引用捕获

void sol() {

	int a = 3,b=4;
	auto f = [&]() {return a + b; };
	cout << f() << endl;
}

混合捕获

  • [=, &a, &b]表示以引用传递的方式捕捉变量a和b，以值传递方式捕捉其它所有变量。
int index = 1;
int num = 100;
auto function = ([=, &index, &num]{
		num = 1000;
		index = 2;
		std::cout << "index: "<< index << ", " 
            << "num: "<< num << std::endl;
	}
);

function();

可变规则mutable

默认情况下，对于值捕获方式捕获到的变量，lambda在内部不能改变其值，如果想改变就需要使用mutable关键字。

如上述代码的那样报错，如果想在lambda内部改变值捕获到的变量，需要加入mutable关键字，如下所示：
 

void sol() {
	int a = 3,b=4;
	auto f = [=]() mutable{return ++a; };
	cout << f() << endl;
}

 

 对于引用捕获获取到的变量，lambda在内部是否可以改变，取决于该局部变量是否是const的，如：

 

返回类型

Lambda表达式的返回类型会自动推导,但仅限于其函数体内只有一个return语句，否则当lambda函数体中包含了return之外的任何语句，编译器都会假定此lambda返回的是void类型。除非你指定了返回类型，否则不必使用关键字。

void sol() {
	vector<int> v = { -1,2,-3,4 };
	vector<int> result;
	//lambda函数体中只有一个return语句，将自动推断返回类型为int
	transform(v.begin(), v.end(), back_inserter(result),
		[](int i) {return i < 0 ? -i : i; });

	//使用for_each打印vector
	for_each(v.begin(), v.end(), [](int x) {
		cout << x << " ";
		});
	cout << endl;
	for_each(result.begin(), result.end(), [](int x) {
		cout << x << " ";
		});
}

上述代码使用泛型算法transform将v中的数据变为其绝对值，并将转换后的结果存放到result中，其中back_insert是一个插入迭代器（效果等同于push_back），整个transform语句表示遍历vector的每个元素v，判断其是否小于0，如果是就返回其相反数，并将结果push_back到result中

此外代码中还使用了for_each泛型算法遍历vector，在此我们再次看到了在泛型算法中使用lambda表达式的优势所在

但是，如果我们将上述代码改为如下代码，则编译器将会报错：

transform(v.begin(), v.end(), back_inserter(result),
	[](int i)
	{
		if (i < 0)	return -i;
		else return i;
	});

 因为这段代码中的lambda函数体有两个return语句，编译器将返回void类型，但笔者在vs上进行实验时，发现并没有报错，后查阅资料发现是c++进行了隐式类型转换？

但还是建议使用显示说明的返回类型

lambda表达式工作原理

编译器会把一个Lambda表达式生成一个匿名类的匿名对象，并在类中重载函数调用运算符，实现了一个operator()方法。 

如下所示：

auto print = []{cout << "Hello World!" << endl; };

编译器会把上面这一句翻译为下面的代码：

class print_class
{
public:
	void operator()(void) const
	{
		cout << "Hello World!" << endl;
	}
};
// 用构造的类创建对象，print此时就是一个函数对象
auto print = print_class();

 

参考：
《c++ primer》

【精选】C++ Lambda表达式详解-CSDN博客

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