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lambda表达式

1.1 lambda表达式出现的原因

1.2 lambda表达式语法

1.3 函数对象与lambda表达式

1.3 函数对象与lambda表达式

lambda表达式

1.1 lambda表达式出现的原因

在C++98中，如果想要对一个数据集合中的元素进行排序，可以使用 std::sort 方法

测试代码

#include <algorithm>#include <iostream>intmain()
{
intarray[] = { 4,1,8,5,3,7,0,9,2,6 };
// 默认按照小于比较，排出来结果是升序std::sort(array, array+sizeof(array) /sizeof(array[0]));
// 如果需要降序，需要改变元素的比较规则std::sort(array, array+sizeof(array) /sizeof(array[0]), greater<int>());
return0;
}

如果待排序元素为自定义类型，需要用户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。
• 在这里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，每次排序就去修改一下比较方式是很不好的做法

• 所以这里选择传入仿函数来指定排序时的比较方式
• 注：仿函数的出现是为了替代C语言中的指针

但是仿函数给代码降低了可读性，每次还需重新写一个类，仿函数在这种场景下也不是特别好用

structGoods{
string_name; // 名字double_price; // 价格int_evaluate; // 评价Goods(constchar*str, doubleprice, intevaluate)
        :_name(str)
        , _price(price)
        , _evaluate(evaluate)
    {}
};
//价格降序structComparePriceLess{
booloperator()(constGoods&gl, constGoods&gr)
    {
returngl._price<gr._price;
    }
};
//价格降序structComparePriceGreater{
booloperator()(constGoods&gl, constGoods&gr)
    {
returngl._price>gr._price;
    }
};
intmain()
{
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());//价格降序sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());//价格降序}

随着C++语法的发展，人们开始觉得上面的写法太复杂了，每次为了实现一个 algorithm 算法，都要重新去写一个类，如果每次比较的逻辑不一样，还要去实现多个类，特别是相同类的命名，这些都给编程者带来了极大的不便。因此，在C++11语法中出现了Lambda表达式

1.2 lambda表达式语法

lambda表达式是一个匿名函数，恰当使用lambda表达式可以让代码变得简洁，并且可以提高代码的可读性

lambda表达式书写格式：

[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement}

lambda表达式各部分说明：

• [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致，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可以取消其常量性。使用该修饰符时，参数列表不可省略(即使参数为空)
• ->returntype：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省略。返回值类型明确情况下，也可省略，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

注意：

在lambda函数定义中，参数列表和返回值类型都是可选部分，而捕捉列表和函数体可以为空。但是捕捉列表和函数体必须要有，即使为空。

因此C++11中最简单的lambda函数为：[]{} ; 该lambda函数不能做任何事情

intmain()
{
// 最简单的lambda表达式, 该lambda表达式没有任何意义    [] {};
return0;
}

捕获列表说明

捕捉列表描述了上下文中那些数据可以被lambda使用，以及使用的方式传值还是传引用

• [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(包括this)
• [&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(包括this)
• [this]：表示值传递方式捕捉当前的this指针

lambda表达式实际上可以理解为无名函数，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

测试代码

intmain()
{
// 省略参数列表和返回值类型，返回值类型由编译器推导为intinta=3, b=4;
    [=] { returna+3; };
//省略了返回值类型，无返回值类型autofun1= [&](intc) { b=a+c; };
fun1(10);
cout<<a<<" "<<b<<endl;
// 各部分都很完善的lambda函数autofun2= [=, &b](intc)->int { returnb+=a+c; };
cout<<fun2(10) <<endl;
// 复制捕捉xintx=10;
autoadd_x= [x](inta) mutable { x*=2; returna+x; };
cout<<add_x(10) <<endl;
return0;
}

运行结果

注意：

• a. 父作用域指包含 lambda函数的语句块
• b. 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]：以引用传递的方式捕捉变量a和b，值传递方式捕捉其他所有变量 [&，a, this]：值传递方式捕捉变量a和this，引用方式捕捉其他变量
• c. 捕捉列表不允许变量重复传递，否则就会导致编译错误。比如：[=, a]：=已经以值传递方式捕捉了所有变量，捕捉a重复
• d. 在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空

• e. 在块作用域中的lambda函数仅能捕捉父作用域中局部变量，捕捉任何非此作用域或者非局部变量都会导致编译报错
• f. lambda表达式之间不能相互赋值，即使看起来类型相同

所以，在 1.1 中的例子可以使用 lambda表达式，代码如下：

intmain()
{
vector<Goods>v= { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2, 3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };
//价格升序sort(v.begin(), v.end(), [](constGoods&g1, constGoods&g2) {
returng1._price<g2._price; });
//价格降序sort(v.begin(), v.end(), [](constGoods&g1, constGoods&g2) {
returng1._price>g2._price; });
//评价升序sort(v.begin(), v.end(), [](constGoods&g1, constGoods&g2) {
returng1._evaluate<g2._evaluate; });
//评价降序sort(v.begin(), v.end(), [](constGoods&g1, constGoods&g2) {
returng1._evaluate>g2._evaluate; });
return0;
}

1.3 函数对象与lambda表达式

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

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，即 lambda表达式的底层就是仿函数

测试代码：

编写了一个 Rate的类，该类对 （）运算符进行了重载，因此Rate类实例化出的 r1 对象就叫做函数对象，r1可以像函数一样使用。然后编写一个 lambda 表达式，并借助 auto 将其赋值给 r2 对象，这时 r1 和 r2 都可以像普通函数一样使用，这个仿函数和 lamdba表达式的功能完全一致

classRate{
public:
Rate(doublerate) 
        : _rate(rate)
    {}
doubleoperator()(doublemoney, intyear)
    {
returnmoney*_rate*year;
    }
private:
double_rate;
};
intmain()
{
// 函数对象(仿函数)doublerate=0.49;
Rater1(rate);
r1(10000, 2);
// lambdaautor2= [=](doublemonty, intyear)->double {returnmonty*rate*year;};
r2(10000, 2);
return0;
}

在调试模式下转到反汇编

r1 对象会先调用 Rate类的构造函数（ Rate::Rate (0C513A7h)），然后 r1 才调用 Rate类的 （）运算符重载函数（Rate::operator() (0C511B8h)），汇编代码如下：

观察lambda表达式时，也能看到类似的汇编代码

仿函数的汇编代码和 lambda表达式进行比较（图中圈起来的地方），比较发现，仿函数和lambda表达式的调用函数的汇编代码几乎一致，除了类名不相同

从图中可以看出，lambda表达式的底层被转换成了仿函数，所以 lambda表达式的本质上就是仿函数

• 实际上当我们定义一个lambda表达式后，编译器会自动生成一个类，在该类中对 ()运算符进行重载，实际 lambda函数体的实现就是这个仿函数的 operator()的实现。

• 在调用 lambda表达式时，参数列表和捕获列表的参数，最终都传递给了仿函数的 operator()

该类的名字是编译器随机生成的，该类名只有编译器可以认识，这也是我们为什么要借助 auto 将其赋值给一个变量的原因

解释上面 lambda表达式之间不能相互赋值的原因

• 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 <lambda_uuid>。
• 类名中的 uuid叫做通用唯一识别码（Universally Unique Identifier），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表达式底层的类名包含 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表达式之间不能相互赋值的原因，我们可以通过 typeid(变量名).name() 的方式来获取lambda表达式的类型

int main()
{
  auto f1 = [] {cout << "hello world" << endl; };
  auto f2 = [] {cout << "hello world" << endl; };
  cout << typeid(f1).name() << endl; 
  cout << typeid(f2).name() << endl;
  return 0;
}

运行结果，可以看到，就算是两个一模一样的lambda表达式，它们的类型都是不同的

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文章到这里就结束了，下一篇即将更新