深入理解C++11：探索lambda函數的奧秘
一、C++98中的排序
在 C++98 中，如果要對一個數據集合中的元素進行排序，可以使用 std::sort 方法，下面代碼是對一個整型集合進行排序。
#include <algorithm>
#include <functional>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int array[] = { 4,1,8,5,3,7,0,9,2,6 };
cout << "原始數組：";
for (auto e : array)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl << endl << "排升序：";
// 默認按照小于比較，排出來結果是升序
std::sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
for (auto e : array)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl << endl << "排降序：";
// 如果需要降序，需要改變元素的比較規(guī)則
std::sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]), greater<int>());
for (auto e : array)
{
cout << e << ' ';
}
return 0;
}
小Tips：上面的 greater 是一個仿函數，這里傳遞仿函數是用來控制大小比較的。關于仿函數，在前面的文章中已經多次使用，在【C++雜貨鋪】優(yōu)先級隊列的使用指南與模擬實現一文中，我們使用仿函數來進行大小比較；在【C++雜貨鋪】一文帶你走進哈希：哈希沖突 | 哈希函數 | 閉散列 | 開散列一文中，我們使用仿函數來獲取 pair<K, V> 模型中的 key?？傊?，仿函數有著十分強大的功能。
如果待排序的元素為自定義類型，由于自定義類型中可能有多重不同的屬性，因此需要用戶自己來定義排序時的比較規(guī)則：
struct Goods
{
string _name; // 名字
double _price; // 價格
int _evaluate; // 評價
Goods(const char* str, double price, int evaluate)
:_name(str)
, _price(price)
, _evaluate(evaluate)
{}
};
ostream& operator<<(ostream& out, Goods& goods)
{
out << goods._name << '-' << goods._price << '-' << goods._evaluate;
return out;
}
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;
}
};
struct CompareevaluateLess
{
bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
{
return gl._evaluate < gr._evaluate;
}
};
struct CompareevaluateGreater
{
bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
{
return gl._evaluate > gr._evaluate;
}
};
int main()
{
vector<Goods> v = { { "蘋果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,
3 }, { "菠蘿", 1.5, 4 } };
cout << "排序前：";
for (auto e : v)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl << endl << "按照價格排升序：";
sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());
for (auto e : v)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl << endl << "按照價格排降序：";
sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());
for (auto e : v)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl << endl << "按照評價排升序：";
sort(v.begin(), v.end(), CompareevaluateLess());
for (auto e : v)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl << endl << "按照評價排降序：";
sort(v.begin(), v.end(), CompareevaluateGreater());
for (auto e : v)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
}
小Tips：上面代碼中如果要使用庫里面的仿函數 less 或 greater，需要對 >、< 進行運算符重載，實現 Goods 類的大小比較。但是上面的代碼中并沒有采取這種做法，而是直接自己寫了兩個仿函數進行大小關系的比較。前面那種提供運算符重載的方法比較局限，因為無論是 < 還是 > 都只能重載一份，即 operator< 和 operator> 各自只能在代碼中出現一份，且它們的內部只能根據一種屬性進行大小比較，在同一段代碼中不能實現根據不同屬性去排序。而自己寫仿函數就不會出現這種情況，我們可以在同一段代碼中根據不同的屬性去寫不同的仿函數（只要類名不同即可）。
隨著 C++ 語法的發(fā)展，人們開始覺得上面的寫法太復雜了，每次為了實現一個排序算法，都要重新去寫一個類（仿函數，實現大小比較），如果每次比較的邏輯不一樣，還要去實現多個類，特別是相同類的命名，這些都給編程者帶來了極大的不便。因此，在 C++11 語法中出現了 Lambda 表達式。
二、先來看看 lambda 表達式長什么樣
struct Goods
{
string _name; // 名字
double _price; // 價格
int _evaluate; // 評價
Goods(const char* str, double price, int evaluate)
:_name(str)
, _price(price)
, _evaluate(evaluate)
{}
};
int main()
{
vector<Goods> v = { { "蘋果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,
3 }, { "菠蘿", 1.5, 4 } };
cout << "排序前：";
for (auto e : v)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl << endl << "按照價格排升序：";
sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2)->bool {return g1._price < g2._price; });
for (auto e : v)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl << endl << "按照價格排降序：";
sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2)->bool {return g1._price > g2._price; });
for (auto e : v)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl << endl << "按照評價排升序：";
sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2)->bool {return g1._evaluate < g2._evaluate; });
for (auto e : v)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl << endl << "按照評價排降序：";
sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2)->bool {return g1._evaluate > g2._evaluate; });
for (auto e : v)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
}
小Tips：上述代碼就是使用 C++11 中的 lambda 表達式來解決，可以看出 lambda 表達式實際是一個匿名函數對象。
三、lambda表達式語法
lambda 表達式書寫格式為：[capture-list](parameters) mutable-> return-type {statement}。
[capture-list]：捕捉列表。該列表總是出現在 lambda 函數的開始位置，編譯器根據 [ ] 來判斷后面的代碼是否是 lambda 函數，捕捉列表能夠捕捉上下文中的變量供 lambda 函數使用。
(parameters)：參數列表。與普通函數的參數列表一致，如果不需要參數傳遞，則可以連同 () 一起省略。
mutable：默認情況下，lambda 函數總是一個 const 函數，mutable 可以取消其常量性。使用該修飾符時，參數列表不可省略（即使參數為空）。
->returntype：返回值類型。用追蹤返回類型形式聲明函數的返回值類型，沒有返回值時此部分可以省略。返回值類型明確的情況下，也可以省略，由編譯器對返回值類型進行推斷。
{statement}：函數體。在該函數體內，除了可以使用其參數外，還可以使用所有捕捉到的變量。
小Tips：在 lambda 函數定義中，參數列表和返回值類型都是可選部分，而捕捉列表和函數體可以為空。因此 C++11 中最簡單的 lambda 函數為：[]{};。該 lambda 函數不能做任何事情。
實例：
int AddFunc(int x, int y)
{
return x + y;
}
int num1 = 10, num2 = 20;
int main()
{
// 實現兩個數相加的 lambda 函數
int a = 1, b = 10;
auto add = [](int x, int y)->int {return x + y; };
cout << add(a, b) << endl;
// 實現兩個函數交換的 lambda 函數
auto swap = [add, a, b](int& x, int& y)
{
int tmp = x;
x = y;
y = tmp;
// cout << add(a, b) << endl; // 在 lambda 函數的函數體中無法直接使用局部的 lambda 函數或者變量(對象).
//cout << AddFunc(a, b) << endl; // 在 lambda 函數的函數體中可以直接使用全局的函數或者變量(對象).
cout << AddFunc(num1, num2) << endl; // 在 lambda 函數的函數體中可以直接使用全局的函數或者變量(對象).
};
swap(a, b);
return 0;
}
小Tips：在 lambda 函數的函數體中可以調用全局的函數，使用全局的變量。但是要想在 lambda 的函數體中使用局部的變量或對象，則需要通過捕捉列表或者參數列表。
3.1 捕捉列表的使用細節(jié)
捕捉列表描述了上下文中哪些數據可以被 lambda 使用，以及使用的方式是傳值還是傳引用。
[var]：表示值傳遞方式捕捉變量 var。
[=]：表示值傳遞方式捕捉所有父作用域中的變量（包括this）。
[&var]：表示引用傳遞捕捉變量 var。
[&]：表示引用方式傳遞捕捉所有父作用域中的變量（包括this）。
[this]：表示值傳遞方式捕捉當前的 this 指針。
小Tips：
父作用域指包含 lambda 函數語句塊的作用域。
值傳遞方式捕捉到的變量本質上是父作用域中變量的一份拷貝，在默認情況下會對捕捉到的變量加上 const 屬性，即不可以在 lambda 函數體中對捕捉到的變量進行修改。如果想修改可以加上 mutable 取消其常量性。即 [x, y] 捕捉列表中的 x 和 y 是父作用域中 x 和 y 的一份拷貝，并且默認給捕捉列表中的 x 和 y 加上了 const 屬性。
引用傳遞方式既可以捕捉普通的變量也可以捕捉 const 變量。
語法上捕捉列表可以由多個捕捉項組成，并以逗號隔開。例如：[=, &a, &b]：以引用傳遞的方式捕捉變量 a 和 b，以值傳遞方式捕捉其他所有變量；[&, a, this]：以值傳遞方式捕捉變量 a 和 this，以引用方式捕捉其他變量。如果由多個捕捉項組成，= 和 & 只能出現在捕捉列表的開頭，即 [&a, &b, = ] 這樣寫是錯誤的。
捕捉列表不允許變量重復傳遞，否則就會導致編譯出錯。例如：[=, a]：= 已經以值傳遞的方式捕捉了所有變量，在去捕捉 a 就會導致重復捕捉。
在塊作用域以外的 lambda 函數捕捉列表必須為空。
在塊作用域中的 lambda 函數僅能捕捉父作用域中的局部變量，捕捉任何非此作用域或者 非局部變量都會導致編譯報錯。
lambda 表達式之間不能相互賦值，即使看起來類型相同。
四、lambda 的底層原理
lambda 看起來很厲害，但它本質上就是仿函數。
int main()
{
auto func1 = [](int x, int y) {return x + y; };
auto func2 = [](int x, int y) {return x + y; };
cout << typeid(func1).name() << endl;
cout << typeid(func2).name() << endl;
func1(1, 2);
return 0;
}
如上面代碼所示，兩個仿函數對象 func1 和 func2 它們看起來是一模一樣的，但是通過打印它們各自的類型可以看出，它們的類型有所不同，因此 func1 和 func2 本質上就是兩個不同的類對象，所以 lambda 表達式之間不能相互賦值，即使看起來類型相同。func1(1, 2) 本質上就是 func1 這個仿函數的對象在調用 operator()。
到此這篇關于深入理解C++11：探索lambda函數的奧秘的文章就介紹到這了,更多相關C++11 lambda函數內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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