【C++11】来感受lambda表达式的魅力~

news2024/11/24 3:51:16

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一、仿函数的使用

假设需要对vector容器里的数据进行排序，那么可以通过算法库的 sort 函数进行排序，至于结果为升序还是降序，可以通过 仿函数（类+operator()重载） 控制。

struct Great // > - 降序
{
    bool operator()(int x, int y)
    {
        return x > y;
    }
};

struct Less // < - 升序
{
    bool operator()(int x, int y)
    {
        return x < y;
    }
};

int main()
{
    vector<int> v{1, 3, 5, 9, 7, 0, 4, 2, 6, 8};

    // Less() - 仿函数的匿名对象
    sort(v.begin(), v.end(), Less()); // 升序
    cout << "升序：";
    for (auto e : v)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;

    // Great() - 仿函数的匿名对象
    sort(v.begin(), v.end(), Great()); // 降序
    cout << "降序：";
    for (auto e : v)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

【程序结果】

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这看起来仿函数用起来也非常的香啊~。但如果某些程序员非常不注重代码风格，是这样写代码的：

struct func1 // > - 降序
{
    bool operator()(int x, int y)
    {
        return x > y;
    }
};

struct func2 // < - 升序
{
    bool operator()(int x, int y)
    {
        return x < y;
    }
};

sort(v.begin(), v.end(), func1()); 
sort(v.begin(), v.end(), func2());

这样写是不是非常的恶心，这样命名风格就算了，旁边还不给个注释，这不是欠揍嘛hh；而且万一仿函数在别的文件里，那么我们还要去找。

因此C++11支持了一个新语法：lambda 表达式。它可以快速构建局部的匿名函数对象，作为函数中的参数。

接下来大家先见见猪跑，至于怎么使用lambda 表达式，后面会介绍

int main()
{
    vector<int> v{1, 3, 5, 9, 7, 0, 4, 2, 6, 8};

    sort(v.begin(), v.end(), [](int x, int y)->bool {return x < y; }); // 升序
    cout << "升序：";
    for (auto e : v)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;

    // Great() - 仿函数的匿名对象
    sort(v.begin(), v.end(), [](int x, int y)->bool {return x > y; }); // 降序
    cout << "降序：";
    for (auto e : v)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

【程序结果】

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由此可见，lambda表达式相对于传统的仿函数来说，更加灵活和简洁。

二、lambda表达式的语法

书写格式：[ ]( ) mutable ->returntype { }

[ ] 捕捉列表。该列表总是出现在lambda函数的开始位置，编译器根据[]来判断接下来的代码是否为lambda函数。捕捉列表能够捕捉上下文中的变量供lambda函数使用。
( ) 参数列表。与普通函数的参数列表一个意思。如果没有参数，那么可以连通()一起省略。
mutable 关键字。mutable可以取消捕捉列表中参数的常量属性。注意：使用该修饰符时，即使参数为空，参数列表的()不可省略。（但是基本不常用）
->returntype 返回值类型。这里的返回值类型几乎可以不用写。
{ } 函数体。和普通函数一样，当然支持多语句。但是不能函数体内不能使用局部的变量及函数，如果想使用，需要配合捕捉列表。

这里再次声明：

lambda 表达式 构建出的是一个 局部的匿名函数对象，匿名函数对象也可以调用，不过要在创建后立马调用，因为匿名对象生命周期只有一行。
如果需要显式调用，可以使用 auto 推导 匿名函数对象 的类型，然后将创建出来的 匿名函数对象 赋给一个 有名函数对象。

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三、lambda表达式中捕捉列表的玩法

捕获列表说明：捕捉列表描述了上下文中那些数据可以被lambda使用，以及使用的方式传值还是传引用。
- [val]：表示值传递捕捉变量val
- [&val]：表示引用传递捕捉变量val（修改变量）
比如，使用lambda表达式交换局部变量a和b

这是因为 捕捉列表 中的参数是一个传值捕捉，而捕捉列表中的参数默认具有 常量属性，不能直接修改，但可以添加 mutable 关键字 取消常性

但输出结果发现两个值并没有修改。这里其实就类似于普通函数的值传递，局部变量的a和b只是拷贝给捕捉列表参数，并没有建立联系，因此，这里的捕捉列表需要用引用传递的方式
- [&]：表示引用传递捕捉所有在当前作用域中的所有变量
需要注意的是：lambda函数体内不允许使用当前作用域中的变量，除非在捕捉列表声明，否则会报错。

这里有两个方法，要么在捕捉列表捕捉，要么将捕捉列表写成[&]，表示引用传递捕捉所有在当前作用域中的所有变量。
- [=]：表示值传递捕捉所有在当前作用域中的所有变量。
注意：
- 捕捉列表 的使用非常灵活，比如 [&, x] 表示只有x 使用 传值捕捉，其他变量使用 引用捕捉； [=, &str] 表示 str 使用 引用捕捉，其他变量使用 传值捕捉。
- 捕捉列表不允许变量重复传递，否则就会导致编译错误。比如：[=, a]：捕捉a重复。
- lambda表达式之间不能相互赋值。因为它们之间的类型是不一样的！至于为什么呢？后面讲底层就知道了~

四、lambda表达式的底层原理

其实lambda表达式用起来非常香，这是因为它的底层是仿函数；就像范围for一样，看似是简短的几行代码，底层确实一个迭代器。

我们可以使用以下代码样例，通过查看反汇编：

struct func
{
    void operator()(int x, int y)
    {
        cout << "operator()(int x, int y)" << endl;
    }
};

int main()
{
    int a = 3;
    int b = 3;
    
    // 仿函数对象实例化
    func f;
    f(a, b);

    // lambda表达式
    auto e = [=](int x, int y) {
        cout << "[=](int x, int y)" << endl;
    };
    e(a, b);

    return 0;
a, b);

    return 0;
}