Lambda 表达式一般用于定义匿名函数,使得代码更加灵活简洁,优点:
Lambda表达式具体形式:
auto func = [capture] (params) opt -> ret { func_body; };
capture取值:
空的[](Lambda introducer)就不能引用当前范围内的本地变量,只能使用全局变量,或将其他值以参数的形式进行传递。
想要访问一个本地变量,需要对其进行捕获。最简单的方式就是将范围内的所有本地变量都进行捕获,使用[=]就可以。
int a = 0, b = 1;
auto f1 = []{ return a; }; // 错误,没有捕获外部变量
auto f2 = [=]{ return a + b; }; // 正确,捕获所有外部变量,并返回a + b
auto f3 = [=]{ return a++; }; // 错误,a是以复制方式捕获的,无法修改
示例
#include
#include
int main() {
int i = 111, j = 222, k = 333;
auto f = [&i, j, k] { return i + j + k; };
i = 1;
j = 2;
k = 3;
std::cout << f() << std::endl;
}
编译器为每个Lambda表达式生成唯一闭包。捕获列表将成为闭包中的构造函数的参数,如果将参数按值捕获,那么相应类型的数据成员将在闭包中创建。此外,可以在Lambda表达式的参数中声明变量/对象,它们将成为调用operator()函数的参数。
int x = 1; int y = 2;
auto plus = [=] (int a, int b) -> int { return x + y + a + b; };
int c = plus(1, 2);
编译器将翻译为
class LambdaClass {
public:
LambdaClass(int x, int y)
: x_(x), y_(y) {}
int operator () (int a, int b) const {
return x_ + y_ + a + b;
}
private:
int x_;
int y_;
}
int x = 1; int y = 2;
LambdaClass plus(x, y);
int c = plus(1, 2);
int x = 1; int y = 2;
auto plus = [&] (int a, int b) -> int { x++; return x + y + a + b;};
int c = plus(1, 2);
编译器将翻译为
class LambdaClass {
public:
LambdaClass(int& x, int& y)
: x_(x), y_(y) {}
int operator () (int a, int b) {
x_++;
return x_ + y_ + a + b;
}
private:
int &x_;
int &y_;
};
引用捕获变量,和值捕获的方式有3个不同的地方:
lambda的各个成分和类的各个成分对应起来就是如下的关系:
Lambda函数的call-operator(调用运算符)隐式为const-by-value(常量,按值捕获),这意味着它是不可变的。 但是函数内部想修改这变量,但是又不想影响lambda表达式外面的值的时候,就直接添加mutable属性,这样调用lambda表达式的时候,会像函数传递参数一样,在内部定义一个变量并拷贝这个值。
#include
using namespace std;
int main()
{
int t = 9;
auto f = [t] () mutable {return ++t; };
cout << f() << endl;
cout << f() << endl;
cout << "t:" << t << endl;
return 0;
}
捕获的变量t,它在刚开始被捕获的初始值是9,调用一次f之后,变成了10,再调用一次,就变成了11。 但是最终的输出t,也就是main()函数里面定义的t,由于是值捕获,所以它的值一直不会变,最终还将输出9。
lambda 表达式的类型在 C++11 中被称为“闭包类型(Closure Type)”。它是一个特殊的,匿名的非 nunion 的类类型。因此,可以认为它是一个带有 operator() 的类,即仿函数。可以使用 std::function 和 std::bind 来存储和操作 lambda 表达式:
std::function<int(int)> f1 = [](int a){ return a; };
std::function<int(void)> f2 = std::bind([](int a){ return a; }, 123);
对于没有捕获任何变量的 lambda 表达式,还可以被转换成一个普通的函数指针(必须是没有捕获任何变量):
using func_t = int(*)(int);
func_t f1 = [](int a){ return a; }; // 正确,没有捕获的的lambda表达式可以直接转换为函数指针
f1(123);
func_t f2 = [&](int a){ return a; }; // 错误,有捕获的lambda表达式不能直接转换为函数指针
lambda 表达式可以说是就地定义仿函数闭包的“语法糖”。它的捕获列表捕获住的任何外部变量,最终均会变为闭包类型的成员变量。而一个使用了成员变量的类的 operator(),如果能直接被转换为普通的函数指针,那么 lambda 表达式本身的 this 指针就丢失掉了。而没有捕获任何外部变量的 lambda 表达式则不存在这个问题。这里也可以很自然地解释为何按值捕获无法修改捕获的外部变量。因为按照 C++ 标准,lambda 表达式的 operator() 默认是 const 的。一个 const 成员函数是无法修改成员变量的值的。而 mutable 的作用,就在于取消 operator() 的 const。
在C++ 14中引入的泛型Lambda,它可以使用auto标识符捕获参数。参数声明为auto是借助了模板的推断机制
auto func = [] (auto x, auto y) {
return x + y;
};
// 上述的lambda相当于如下类的对象
class X {
public:
template<typename T1, typename T2>
auto operator() (T1 x, T2 y) const { // auto借助了T1和T2的推断
return x + y;
}
};
func(1, 2);
// 等价于
X{}(1, 2);
C++17前lambda表达式只能在运行时使用,C++17引入了constexpr lambda表达式,可以用于在编译期进行计算。
constexpr lambda 表达式有如下限制:函数体不能包含汇编语句、goto语句、label、try块、静态变量、线程局部存储、没有初始化的普通变量,不能动态分配内存,不能有new delete等,不能虚函数。
#include
#include
int main() {
constexpr auto lamb = [] (int n) { return n * n; };
static_assert(lamb(3) != 9, "a");
}
也可将 lambda 表达式声明为常量表达式或在常量表达式中使用
#include
#include
constexpr int Increment(int n) {
auto add1 = [n]() //Callable named lambda
{
return n + 1;
};
return add1(); //call it
}
int main() {
constexpr int number3 = Increment(2);
std::cout << number3 << std::endl;
}
C++17中,可在lambda表达式的捕获类别里[]写上*this,表示传递到lambda中的是this对象的拷贝。
lambda中的[*this]就是一个对象的拷贝,这意味着传递了d的一个拷贝。因此,线程在调用d的析构函数后使用传递的对象是没有问题的。
如果用[this]、[=]或[&]捕获了,那么线程将运行未定义的行为,因为在传递给线程的lambda中打印name时,lambda将使用已销毁对象的成员。
#include
#include
#include
class Data {
private:
std::string name;
public:
Data(const std::string& s) : name(s) {
}
std::thread startThreadWithCopyOfThis() const
{
// start and return new thread using this after 3 seconds:
std::thread t([*this]
{
std::cout << "I will shellp 3 seconds" << std::endl;
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));
std::cout << name << std::endl;
});
return t;
}
};
int main()
{
std::thread t;
{
Data d{ "This copy capture in C++17" };
t = d.startThreadWithCopyOfThis();
} // d已经销毁
std::cout << "the main thread wait for sub thread end." << std::endl;
t.join();
return 0;
}