【C++11入门】新特性总结之lambda表达式

news2024/10/17 7:51:44

现代C++语言的核心特征之一：lambda表达式。虽然其它编程语言早已具备了这种特性，但直到C++11标准发布，C++11才具备了lambda表达式。本节主要讲解lambda表达式的语法和使用方法。具体包括：捕获列表、可选参数列表、可选异常说明符、可选返回值类型等。此外，还将介绍lambda表达式在STL算法中的应用和泛型lambda表达式的使用方法。

函数对象：

不过在此之前我们先来了解一下函数对象(仿函数)。函数对象其实就是在类内对函数调用运算符：()进行重载。因为使用方法与函数类似，我们又将其称为仿函数。

struct MyAdd{
public:
    int operator()(int a,int b){
        return a+b;
    }
};
class MyCompare{
public:
    bool operator()(int a,int b){
        return a<b;
    }
};

写两端的目的是为了告诉大家，C++中的struct和class都可以重载运算符来进行运算，一般我们又将返回值为bool的函数对象称为谓词，参数为一个就是一元谓词，参数为两个就是二元谓词。

那么我们知道函数对象又称仿函数，那么使用方法我们就可以猜出来了：

void test01(){
    MyAdd add;
    cout<<add(1,3)<<endl;//输出4
}
void test02(){
    MyCompare compare;
    cout<<compare(2,5)<<endl;//true--实际输出1
}

仿函数是C++中用于实现功能对象的两种重要机制之一，另一个就是lambda表达式。C++中的lambda表达式的底层与仿函数类似。lambda表达式可以定义匿名函数。优点在于简洁、可以捕获作用域中的变量，使得可以在函数内部使用外部变量。

基本语法：

[capture](parameters) -> return_type { body }

基本的lambda表达式的语法如上。其中：

capture：捕获外部变量的方式。

parameters：匿名函数的参数列表。

return_type：返回类型，通常可以省略，编译器会进行推导。

body：lambda表达式的函数体。

捕获列表：

捕获列表指定了lambda表达式可访问的变量，并包括以下几种方式：

值捕获：复制外部变量的值到lambda中。

int x=10;
auto lambda = [x](){return x+5;}; //用值传递

引用捕获：捕获外部变量的引用，可以在lambda中修改变量。

int x = 10;  
auto lambda = [&x]() { x += 5; }; // x 通过引用捕获

默认捕获：[=]：值捕获所有外部变量,[&]：引用捕获所有外部变量。

int a = 5, b = 10;  
auto lambda = [=]() { return a + b; }; // 所有变量以值捕获
auto lambda = [&]() { return a + b; }; // 所有变量以引用捕获

混合捕获：可以混合使用值和引用捕获。

int x = 1, y = 2;  
auto lambda = [x, &y]() { return x + y++; }; // x 值捕获，y 引用捕获

在这里大家肯定有点疑惑，捕获列表的用途是什么，这有什么用，还没有看明白。这里我举个例子：

int main(){

    int a=10,b=20,c=30;
    char ch1='a',ch2=’B‘;
    //然后我想让ch1=a+b+c;但是过了本行不影响ch1的值
    return 0;
}

我想通过函数的方式调用，有很多方式，但大都是外部定义一个函数，但这时候，我们需要传入参数，变量多的时候，我们还要传很多的参数，定义普通的函数显然有点不合适。那么lambda表达式就很合适了，直接捕获所有变量，然后想使用啥使用啥，我眼中的lambda表达式其实是一种函数内部的匿名函数。

参数和返回值：

参数：参数可以为空，也可以包含一个或多个参数，就像普通函数一样。

auto lambda = [](int a, int b) { return a + b; };

返回类型：如果返回类型明确、显式，可以调用->来指明返回类型，如果省略，编译器会自行推导。

底层探究：

但凡是个表达式，都有其类型，那么lambda表达式是个什么类型呢？我们使用typeid().name()来输出一下看看。

这时候我们可以看出来lambda表达式的类型本身是一个类类型。每创立一个表达式，都会创建一个类，而且是在函数内部的作用域下创建的类，我们也可以看出来，每个lambda的类型都是不一样的。这时候我们想到了仿函数，仿函数是在类内重载了()运算符，那这个lambda表达式到底与仿函数有什么渊源呢？

通过观察上面的反汇编语言。我们可以看出来，lambda的底层机制还是仿函数。只不过编译器会自动为你的lambda表达式生成一个类，将lambda表达式当作函数使用时其实就是调用类内的()重载函数。

STL算法应用：

Lambda 表达式经常与标准模板库（STL）的算法结合使用：

#include <vector>  
#include <algorithm>  
#include <iostream>  

int main() {  
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};  
    std::for_each(vec.begin(), vec.end(), [](int &n) { n *= 2; });  
    //这里我们可以使用仿函数，也可以使用函数指针，也可以像本例一样使用lambda表达式
    for (const auto &n : vec) {  
        std::cout << n << " "; // 输出: 2 4 6 8 10  
    }  
    return 0;  
}