引言

C++要走向現(xiàn)代語言，如果不支持lambda表達(dá)式，你很難認(rèn)為這門語言和現(xiàn)代有什么關(guān)系。幸好，從C++11標(biāo)準(zhǔn)起，它就實(shí)現(xiàn)了對lambda表達(dá)式的支持。

那么，什么是lambda表達(dá)式呢？

lambda表達(dá)式是匿名函數(shù)，就是說不用定義函數(shù)名，函數(shù)實(shí)現(xiàn)可以直接嵌入在業(yè)務(wù)邏輯代碼中。諸如python、java、C#等語言，都將其作為基礎(chǔ)特性。

其優(yōu)點(diǎn)是提高了代碼的可讀性，對于一些無需重用的方法特別適合。例如在容器的迭代中實(shí)現(xiàn)特定的查詢邏輯。

語法與示例

C++11標(biāo)準(zhǔn)中，對于lambada表達(dá)式的定義如下：

[captures] (params) specifiers exception -> ret {body}

• [captures] —— 捕獲列表，它用于捕獲當(dāng)前函數(shù)作用域的零個(gè)或多個(gè)變量，變量之間用逗號分隔。
• {params} —— 可選參數(shù)列表，其語法與普通函數(shù)參數(shù)列表一致。如果不需要參數(shù)，則可以忽略此項(xiàng)。
• specifiers —— 可選限定符，可選值為mutable。其意義是可以在函數(shù)體內(nèi)修改按值捕獲的變量。
• exception —— 可選異常說明符，可以使用noexcept來指明lambda是否會拋出異常。
• ret —— 可選返回值類型，lambda使用返回類型后置的語法來表示返回類型。如果沒有返回值 ，則可忽略此部分。如果不指定返回類型，則編譯器會根據(jù)代碼實(shí)現(xiàn)為函數(shù)推導(dǎo)一個(gè)返回類型。
• {body} —— 表達(dá)式的函數(shù)體，此部分與實(shí)現(xiàn)普通函數(shù)體一致。

從上面的定義可以看到，lambda表達(dá)式的語法多少有些與我們以往的認(rèn)知不太一樣。所以，我們直接上代碼來體會吧。

#include <iostream>
int main() {
    int x = 10;
    auto foo = [x](int y)->int { return x + y; };
    std::cout << foo(7) << std::endl;
}

各位不要手懶，務(wù)必打開IDE將這段代碼運(yùn)行一下，看看結(jié)果。然后再嘗試修改一下參數(shù)類型，或者返回類型。

增加mutable之后，對x變量進(jìn)行修改，看看會發(fā)生什么？

int main() {
    int x = 10;
    auto foo = [x](int y) mutable ->int { x++; return x + y; };
    std::cout << foo(7) << std::endl;
    std::cout << foo(7) << std::endl;
    std::cout << foo(7) << std::endl;
}

而一個(gè)最簡形式的lambda表達(dá)式，可以是 auto foo = [] { return 0; };。

所以大家以后看到類似語法，可不要大驚小怪了，還以為這是什么另類的數(shù)組訪問方式，或者琢磨->這個(gè)指針指向了個(gè)什么東西。

捕獲列表

毫無疑問，lambda表達(dá)式中，最反直覺的就是捕獲列表的定義。畢竟在我們的認(rèn)知里，中括號是用來定義數(shù)組并訪問數(shù)組元素的。

而且捕獲列表的諸多特性，也是面試中挖坑的好地方。我們先從作用域開始說起。

關(guān)于lambda表達(dá)式的作用域，有四個(gè)重點(diǎn)：

• 第一，捕獲列表的變量有兩個(gè)作用域，一是lambda定義的函數(shù)作用域，二是表達(dá)式函數(shù)體所在代碼的作用域；
• 第二，在表達(dá)式函數(shù)體內(nèi)，默認(rèn)情況下，被捕獲變量是只讀屬性。如需修改，則要添加mutable標(biāo)識；
• 第三，在表達(dá)式函數(shù)體內(nèi)，修改被捕獲變量的值，不影響原始變量的值；
• 第四，被捕獲變量必須是非靜態(tài)局部變量。

好，為了加強(qiáng)印象，我們先從面試挖坑場景開始。請先看第一坑：

int main() {
    int x = 10;
    auto foo = [x](int y) ->int { x++; return x + y; };
    std::cout << foo(8) << std::endl;
}

問：上述代碼能通過編譯嗎？如果不能，是為什么？

答：不能。因?yàn)楦鶕?jù)規(guī)則一和二，在表達(dá)式函數(shù)體內(nèi)，x變量是只讀，不能被修改。

好，上面的只是開胃菜，詭異的第二坑來了：

int main() {
    int x = 10;
    auto foo = [x](int y) mutable ->int {
        x++;
        std::cout << x << std::endl;
        return x + y;
    };
    foo(8);
    foo(8);
    std::cout << x << std::endl;
}

問：在上述代碼執(zhí)行完后，請說出所有std::cout語句輸出什么內(nèi)容？

答：根據(jù)規(guī)則三，分別輸出11，12，10。

所以大家可以看到，前兩次輸出是在表達(dá)式體內(nèi)對x值進(jìn)行修改，x的狀態(tài)是保留的了。但在函數(shù)體外，x變量的值仍然保持不變。千萬要記住這個(gè)規(guī)則，這就是存在兩個(gè)作用域所得到的結(jié)果。

后面我們會講解其實(shí)現(xiàn)原理，這樣就可以方便記憶這條規(guī)則了。

再來第三坑：

int y = 100;
int main() {
    static int x = 10;
    auto foo = [x, y](int z) ->int { return x + y + z; };
    std::cout << foo(8) << std::endl;
}

問：上述代碼有什么問題，應(yīng)該如何調(diào)整？

答：根據(jù)作用域規(guī)則四，x與y都不能作為lambda表達(dá)式的捕獲列表變量。在表達(dá)式函數(shù)體內(nèi)可以直接使用靜態(tài)或者全局變量，所以只要修改為auto foo = [](int z) ->int { return x + y + z; };即可。

雖然上面這段代碼放在gcc編譯器下不會報(bào)錯(cuò)，只是出警告：capture of variable ‘x’ with non-automatic storage duration。但編譯器實(shí)際上是作了一次選擇，即認(rèn)為你的意圖是作為全局或靜態(tài)變量來使用。可如果你只是手誤或者忘了要調(diào)整代碼，那就會出現(xiàn)預(yù)料之外的運(yùn)行結(jié)果。

實(shí)際上，筆者所在公司就嚴(yán)格要求不能出現(xiàn)編譯警告，這對于防止運(yùn)行期出現(xiàn)偏差是非常重要的。

捕獲引用

上一節(jié)我們所講的，都是捕獲值的用法。那么想將變量作為引用傳遞進(jìn)lambda表達(dá)式，是否可以呢？

答案是肯定的，示例如下：

int main() {
    int x = 10;
    int y = 11;
    auto foo = [&x, &y](int z) mutable ->int {
        x++;
        y++;
        return x + y + z;
    };
    std::cout << foo(8) << std::endl;
    std::cout << x << std::endl;
    std::cout << y << std::endl;
}

可以看到，捕獲引用就是在變量前加上&符號即可。切記不要與取地址相混淆。被引用變量在函數(shù)體內(nèi)修改，也會影響函數(shù)體外同名變量的值，這一點(diǎn)與我們以往的認(rèn)知相同。

至于上述代碼結(jié)果，請各位先在腦海里執(zhí)行一遍，然后上機(jī)驗(yàn)證。

特殊用法

捕獲列表支持三種特殊情況，下面分別說明：

• [this] —— 捕獲this指針，可以在類內(nèi)的lambda表達(dá)式函數(shù)體內(nèi)使用，以訪問成員變量和方法；
• [=] —— 捕獲當(dāng)前作用域內(nèi)全部變量的值，包括this。當(dāng)變量較多時(shí)，可使用此符號；
• [&] —— 捕獲當(dāng)前作用域內(nèi)所有變量的引用，包括this。

先看[this]的示例：

class CaptureOne {
    public:
        void test() {
            auto foo = [this] { std::cout << x << std::endl; };
            foo();
        }
    private:
        int x = 100;
};
int main() {
    CaptureOne one;
    one.test();
}

建議大家在上面這個(gè)例子里繼續(xù)擴(kuò)展，例如增加一個(gè)類方法，看看在表達(dá)式函數(shù)中如何調(diào)用，以及執(zhí)行結(jié)果是什么。

再看[=]的示例：

int main() {
    int x = 10;
    int y = 11;
    int z = 12;
    auto foo = [=]() mutable ->int {
        x++;
        y++;
        return x + y + z;
    };
    std::cout << foo() << std::endl;
    std::cout << x << std::endl;
    std::cout << y << std::endl;
}

可以看到，這的確是方便了代碼書寫。如果表達(dá)式函數(shù)體內(nèi)的變量增加或減少，都不必再費(fèi)心思去調(diào)整捕獲列表了。

另外，不知道大家還注意到一個(gè)細(xì)節(jié)沒有，就是當(dāng)參數(shù)列表為空時(shí)，如果存在mutable標(biāo)識，則()是不能省略的。

最后，[&]還是煩請各位自己去實(shí)踐并體驗(yàn)。

實(shí)現(xiàn)原理

C++多年老手，在上手lambda表達(dá)式的時(shí)候，應(yīng)該會馬上在腦海里跟函數(shù)對象關(guān)聯(lián)起來。

我們先從定義一個(gè)函數(shù)類開始說起。所謂函數(shù)類，就是定義一個(gè)類，然后重載operator ()。這樣可以將類對象作為函數(shù)一樣來調(diào)用。

示例如下：

class FuncOne {
    public:
        FuncOne(int x, int y) : valx(x), valy(y){}
        int operator () () {
            return valx + valy;
        }
    private:
        int valx;
        int valy;
};
int main() {
    FuncOne one(10, 20);
    std::cout << one() << std::endl;
}

上述代碼就是函數(shù)類的定義與函數(shù)對象的使用方法。而C++11標(biāo)準(zhǔn)中的lambda表達(dá)式，其實(shí)就是在編譯器在編譯期生成一個(gè)閉包類（可以理解為類似于FuncOne的類），然后在運(yùn)行時(shí)由這個(gè)閉包類生成一個(gè)對象，稱之為閉包。

而閉包就是一個(gè)匿名的函數(shù)對象，它包含了定義時(shí)作用域的上下文。這樣我們就會發(fā)現(xiàn)lambda表達(dá)式，其實(shí)就是C++11給我們提供的一個(gè)語法糖。

現(xiàn)在再回頭去理解捕獲列表的四條原則，是否有恍然大悟之感？理解了原理，對于原則就不用死記硬背了，祝各位面試好運(yùn)！

應(yīng)用

當(dāng)然，我們不能滿足于只過面試關(guān)，還應(yīng)當(dāng)在工作中用好它才行。做C++開發(fā)的，用好STL是基本功，而lambda表達(dá)式與STL相結(jié)合，可以簡化代碼，發(fā)揮出強(qiáng)大的威力來。

先看一個(gè)需求：我們要在一組vector列表中，打印可以整除4的數(shù)。

示例代碼：

#include        <iostream>
#include        <vector>
#include        <algorithm>
int main() {
    std::vector<int> num_list = {1, 3, 9, 10, 12, 17, 18};
    std::cout << *std::find_if(num_list.cbegin(), num_list.cend(),
            [](int i) { return (i % 4) == 0;}) << std::endl;
}

大家可以看到，如果是在以前，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，需要額外寫多少代碼。

也希望各位能從這個(gè)簡單示例開始，回頭去梳理自己以前寫的代碼，可以怎樣優(yōu)化結(jié)構(gòu)并提高效率。并且在將來的開發(fā)過程中，不斷修煉功夫，成為C++大咖！

到此這篇關(guān)于C++精要分析lambda表達(dá)式的使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++lambda內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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