C++进阶--C++11 lambda表达式

一、lambda表达式的概念

   lambda表达式就是定义了一个可调用的匿名函数，一般在局部。
[]{}是最简单的lambda表达式，但是该lambda表达式没有任何意义。

   现在要对若干商品分别按照价格和数量进行升序、降序排序

• 要对一个数据集合中的元素进行排序，可以使用sort函数，但由于这里待排序的元素为自定义类型，因此需要用户自行定义排序时的比较规则。
• 要控制sort函数的比较方式常见的有两种方法，一种是对商品类的()运算符进行重载，另一种是通过仿函数来指定比较的方式。
• 显然通过重载商品类的()运算符是不可行的，因为这里要求分别按照价格和数量进行升序、降序排序，每次排序就去修改以下比较方式是很笨重的做法。
• 所以选择传入仿函数来指定排序时的比较方式

struct Goods
{
	string _name; // 名字
	double _price; // 价格
	int _evaluate; // 评价
	Goods(const char* str, double price, int evaluate)
		:_name(str)
		, _price(price)
		, _evaluate(evaluate)
	{}
};

struct ComparePriceLess
{
	bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
	{
		return gl._price < gr._price;
	}
};

struct ComparePriceGreater
{
	bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
	{
		return gl._price > gr._price;
	}
};


int main()
{
	vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,
	3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };
	//<
	sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());
	//>
	sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());
}

   仿函数确实能够解决这里的问题，但可能仿函数的定义位置和使用仿函数的地方隔得比较远，这就要求仿函数的命名必须要通俗易懂。
   这时候就需要用到lambda表达式

int main()
{
	vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,
	3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };

	auto priceLess = [](const Goods& g1, const Goods& g2)->bool {return g1._price < g2._price; };
	
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2)->bool {return g1._price < g2._price; });
	
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2)->bool {return g1._evaluate < g2._evaluate; });

	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2)->bool {return g1._evaluate > g2._evaluate; });

}

   这样一来，每次调用sort函数时只需要传入一个lambda表达式指明比较方式即可，以下就能直到本次排序比较方式是怎样的。

二、lambda表达式的语法

2.1 lambda表达式语法格式

   lambda表达式的书写格式： [capture-list](parameters)mutable->return-type{statement}

• [capture-list]：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。
• (parameters)：参数列表。与普通函数的参数列表一样，如果不需要参数传递，则可以连同()一起省略。
• mutable：默认情况下，lambda函数总是一个const函数， mutable可以取消其常属性。使用该修饰符时，参数列表不可省略（即使参数为空）。
• ->return-type：返回值类型。用追踪返回类型形式声明函数的返回值类型，没有返回值时此部分可以省略。返回值类型明确情况下，也可以省略，由编译器对返回类型进行推导。
• {statement}：函数体。在该函数体内，除了可以使用其参数外，还可以使用所有捕获到的变量。

2.2 lambda表达式捕获列表说明

   捕获列表描述了上下文中哪些数据可以被lambda函数使用，以及使用的方式是传值还是传引用。

• [var]：表示值传递方式捕捉变量var。
• [=]：表示值传递方式捕获所有父作用域中的变量（成员函数包括this指针）
• [&var]：表示引用传递捕捉变量var
• [&]：表示引用传递捕捉所有父作用域中的变量（成员函数包括this指针）
• [this]：表示值传递方式捕捉当前的this指针

说明

• 父作用域指的是包含lambda函数的语句块。
• 语法上捕捉列表可由多个捕捉项组成，并以逗号分割。比如**[=,&a,&b]**
• 捕捉列表不允许变量重复传递，否则会导致编译错误。比如**[=,a]**重复传递了变量a
• 在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空，即全局lambda函数的捕捉列表必须为空。
• 在块作用域中的lambda函数仅能捕捉父作用域中的局部变量，捕捉任何非此作用域或者非局部变量都会导致编译错误
• lambda表达式之间不能相互赋值，即使看起来类型相同

三、lambda表达式交换两个数

3.1 标准写法

   参数列表中包含两个参数，表示需要交换的两个数，注意需要以引用的方式传递。

int main()
{
	int x = 0, y = 1;

	auto swap1 = [](int& rx, int& ry)
	{
		int tmp = rx;
		rx = ry;
		ry = tmp;
	};
	swap1(x, y);
	cout << x << " " << y << endl;
	return 0;
}

说明：

• lambda表达式是一个匿名函数，该函数无法直接调用，如果想要直接调用，可借助auto将其赋值给一个变量，此时这个变量就可以像普通函数一样使用
• lambda表达式的函数体在格式上并不是必须写成一行，如果函数体太长可以进行换行，但换行后不要忘了函数体最后还有一个分号。

3.2 利用捕捉列表进行捕捉

int main()
{
	int x = 0, y = 1;
	
	//传值捕捉
	auto swap2 = [x,y]()mutable
	{
		int tmp = x;
		x = y;
		y = tmp;
	};
	swap2();
	cout << x << " " << y << endl;
	return 0;
}

   如果以传值方式进行捕捉，那么首先编译不会通过，因为传值捕获到的变量默认是不可修改的，如果要取消其常量性，就需要在lambda表达式中加上mutable，并且此时参数列表不可省略。
   但是由于这里是传值捕捉，lambda函数中对a和b的修改不会影响外面的a、b变量，与函数的传值传参是一个道理，因此这种方法无法完成两个数的交换。

3.3 利用捕捉列表进行捕捉

   我们需要用到变量a和变量b，没有必要把父作用域中的所有变量都进行捕捉，因此也可以只对父作用域中的a、b变量进行捕捉。

int main()
{
	//引用捕捉
	auto swap2 = [&x, &y]()
	{
		int tmp = x;
		x = y;
		y = tmp;
	};
	swap2();
	cout << x << " " << y << endl;
	return 0;
}

说明
   实际当我们以**[&]或[=]**的方式捕获变量时，编译器也不一定会把父作用域中所有的变量捕获进来，编译器可能只会对lambda表达式中用到的变量进行捕获，没有必要把用不到的变量也捕获进来。

四、lambda表达式的底层原理

4.1 底层原理

   实际编译器在底层对于lambda表达式的处理方式，完全就是按照函数对象的方式处理的。函数对象就是我们平常所说的仿函数，就是在类中对()运算符进行了重载的类对象。

class Rate
{
public:
	Rate(double rate): _rate(rate)
	{}
	
	double operator()(double money, int year)
	{ return money * _rate * year;}

private:
	double _rate;
};

int main()
{
// 函数对象
	double rate = 0.49;
	Rate r1(rate);
	r1(10000, 2);
	
// lamber
	auto r2 = [=](double monty, int year)->double{return monty*rate*year;
};
	r2(10000, 2);
	return 0;
}

   lambda表达式底层是一个仿函数。每个lambda都会被转换成一个仿函数类型，仿函数类名称lambda+uuid。uuid是生成的随机不同的字符串，防止冲突。
   仿函数：函数对象，又称为仿函数，即可以像函数一样使用的对象，就是在类中重载了operator()运算符的类对象。
   r1就是仿函数，这里调用的是重载的了operator()运算符。lambda底层则是被转换成了一个类名称叫lambda+uuid的仿函数，r2(10000,2);就是调用了此仿函数的operator()运算符。

4.2 lambda表达式之间不能相互赋值

   lambda表达式之间不能相互赋值，就算是两个一摸一样的lambda表达式。

• 因为lambda表达式底层的处理方式和仿函数是一样的，在VS下，lambda表达式在底层会被处理为函数对象，该函数对象对应的类名叫做
• 类名中uuid叫做通用唯一识别码，简单来说，uuid就是通过算法生成一串字符串，保证在当前程序当中每次生成的uuid都不会重复。
• lambda表达式底层的类包含uuid，这样就能保证每个lambda表达式底层类名都是唯一的。

   因此每个lambda表达式的类型都是不同的，这也就是lambda表达式之间不能互相赋值的原因，我们通过typeid(变量名).name()的方式获取lambda表达式的类型。

void (*PF)();
int main()
{
	auto f1 = []{cout << "hello world" << endl; };
	auto f2 = []{cout << "hello world" << endl; };
	
	// 此处先不解释原因，等lambda表达式底层实现原理看完后，大家就清楚了
	//f1 = f2; // 编译失败--->提示找不到operator=()
	// 允许使用一个lambda表达式拷贝构造一个新的副本
	auto f3(f2);
	f3();
	
	// 可以将lambda表达式赋值给相同类型的函数指针
	PF = f2;
	PF();
	return 0;
}

就算是两个一模一样的lambda表达式，它们的类型都是不同的。

说明：
   编译器只需要保证每个lambda表达式底层对应类的类名不同即可，并不是每个编译器都会将lambda表达式底层对应类的类名处理成，这里只是以VS为例。