C++ 11新特性之Lambda表达式

简介: C++ 11新特性之Lambda表达式

概述

在C++的发展历程中,C++ 11版本无疑是一次重大飞跃,它引入了众多现代化和便利性的新特性。其中,Lambda表达式的出现极大地提升了代码的可读性和简洁性,使得函数对象的定义变得更加直观且易于使用。本文将深入探讨C++ 11中的Lambda表达式这一强大工具,并通过实例展示其实际应用。

Lambda表达式,也称lambda函数或匿名函数,是一种内联声明并创建函数对象的方式,允许开发者在程序执行流的任何地方快速定义临时、无名的函数对象。它基于数学中的λ演算理论,通过简化语法封装简短的功能块。

在C++ 11之前,如果需要一个简单的函数对象来传递给STL算法或者用于事件处理等场景,往往需要显式地定义一个结构体或类,重载operator()以模拟函数行为。而Lambda表达式则能直接在调用位置编写函数逻辑,无需额外的命名空间污染。

Lambda表达式的构成

Lambda表达式的典型形式为:

 [函数对象参数] (操作符重载函数参数) mutable或exception声明 ->返回值类型 {函数体}

可以看到,Lambda表达式主要分为五个部分:[函数对象参数]、(操作符重载函数参数)、mutable或exception声明、->返回值类型、{函数体},下面分别进行介绍。

[函数对象参数]:标识一个Lambda的开始,这部分必须存在,不能省略。函数对象参数是传递给编译器自动生成的函数对象类的构造函数的,只能使用那些到定义Lambda为止时Lambda所在作用范围内可见的局部变量(包括Lambda所在类的this)。函数对象参数有以下形式:

1、空。没有使用任何函数对象参数。

2、=。函数体内可以使用Lambda所在作用范围内所有可见的局部变量(包括Lambda所在类的this),并且是值传递方式(相当于编译器自动为我们按值传递了所有局部变量)。

3、&。函数体内可以使用Lambda所在作用范围内所有可见的局部变量(包括Lambda所在类的this),并且是引用传递方式(相当于编译器自动为我们按引用传递了所有局部变量)。

4、this。函数体内可以使用Lambda所在类中的成员变量。

5、a。将a按值进行传递。按值进行传递时,函数体内不能修改传递进来的a的拷贝,因为默认情况下函数是const的。要修改传递进来的a的拷贝,可以添加mutable修饰符。

6、&a。将a按引用进行传递。

7、a, &b。将a按值进行传递,b按引用进行传递。

8、=,&a, &b。除a和b按引用进行传递外,其他参数都按值进行传递。

9、&, a, b。除a和b按值进行传递外,其他参数都按引用进行传递。

(操作符重载函数参数):标识重载的()操作符的参数,没有参数时,这部分可以省略。参数可以通过按值(比如:(a, b))和按引用(比如:(&a, &b))两种方式进行传递。如果一个lambda表达式被定义于某类型的成员函数中,会被当作该类型的友元函数,像这样的lambda表达式可以访问该类型对象内部的成员。比如:

 [](SomeType *typePtr){ typePtr->SomePrivateMemberFunction();};

mutable或exception声明:这部分可以省略。按值传递函数对象参数时,加上mutable修饰符后,可以修改按值传递进来的拷贝(注意是能修改拷贝,而不是值本身)。exception声明用于指定函数抛出的异常,比如:抛出整数类型的异常,可以使用throw(int)。

->返回值类型:标识函数返回值的类型,当返回值为void,或者函数体中只有一处return的地方(此时编译器可以自动推断出返回值类型)时,这部分可以省略。

{函数体}:标识函数的实现,这部分不能省略,但函数体可以为空。

下面给出了使用Lambda表达式进行排序的示例代码。

std::vector<int> numbers = {66, 8, 50, 28, 5, 17};
// 升序排列
std::sort(numbers.begin(), numbers.end(), [](int a, int b) { return a > b; });

Lambda表达式的使用

下面给出了一段示例代码,用于演示上述提到的各种情况,代码中有简单的注释可作为参考。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

class CTest
{
public:
    CTest() : m_nData(20) { NULL; }

    void TestLambda()
    {
        vector<int> vctTemp;
        vctTemp.push_back(1);
        vctTemp.push_back(2);

        // 无函数对象参数,输出:1 2
        {
            for_each(vctTemp.begin(), vctTemp.end(), [](int v){ cout << v << endl; });
        }

        // 以值方式传递作用域内所有可见的局部变量(包括this),输出:11 12
        {
            int a = 10;
            for_each(vctTemp.begin(), vctTemp.end(), [=](int v){ cout << v+a << endl; });
        }

        // 以引用方式传递作用域内所有可见的局部变量(包括this),输出:11 13 12
        {
            int a = 10;
            for_each(vctTemp.begin(), vctTemp.end(), [&](int v)mutable{ cout << v+a << endl; a++; });
            cout << a << endl;
        }

        // 以值方式传递局部变量a,输出:11 13 10
        {
            int a = 10;
            for_each(vctTemp.begin(), vctTemp.end(), [a](int v)mutable{ cout << v+a << endl; a++; });
            cout << a << endl;
        }

        // 以引用方式传递局部变量a,输出:11 13 12
        {
            int a = 10;
            for_each(vctTemp.begin(), vctTemp.end(), [&a](int v){ cout << v+a << endl; a++; });
            cout << a << endl;
        }

        // 传递this,输出:21 22
        {
            for_each(vctTemp.begin(), vctTemp.end(), [this](int v){ cout << v+m_nData << endl; });
        }

        // 除b按引用传递外,其他均按值传递,输出:11 12 17
        {
            int a = 10;
            int b = 15;
            for_each(vctTemp.begin(), vctTemp.end(), [=, &b](int v){ cout << v+a << endl; b++; });
            cout << b << endl;
        }

        // 操作符重载函数参数按引用传递,输出:2 3
        {
            for_each(vctTemp.begin(), vctTemp.end(), [](int &v){ v++; });
            for_each(vctTemp.begin(), vctTemp.end(), [](int v){ cout << v << endl; });
        }

        // 空的Lambda表达式
        {
            [](){}();
            []{}();
        }
    }

private:
    int m_nData;
};

int main()
{
    CTest test;
    test.TestLambda();
    return 0;
}

总结

C++ 11引入的Lambda表达式极大丰富了C++程序员的工具箱,让代码更为紧凑、清晰且更具表达力。随着C++后续版本对lambda功能的持续完善,这个强大的特性在现代C++开发中占据了不可或缺的地位,成为优化代码质量和效率的重要手段之一。无论是进行数据处理、算法实现还是并发编程,熟练掌握和运用Lambda表达式都将显著提升编程体验和代码质量。

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