C++11的lambda表达式

        lambda来源于函数式编程的概念。C++11这次终于把lambda加进来了。

        lambda表达式有如下优点：

        1、声明式编程风格：就地匿名定义目标函数或函数对象，不需要额外写一个命名函数或者函数对象。以更直接的方式去写程序，好的可读性和可维护性。

        2、简洁：不需要额外再写一个函数或者函数对象，避免了代码膨胀和功能分散，让开发者更加集中精力在手边的问题，同时也获取了更高的生产率。

        3、在需要的时间和地点实现功能闭包，使程序更灵活。

lambda表达式的概念和基本用法

        lambda表达式定义了一个匿名函数，并且可以捕获一定范围内的变量。lambda表达式的语法形式可简单归纳如下：

[capture]（params） opt -> ret { body; };

        其中：capture是捕获列表；params是参数表；opt是函数选项；ret是返回值类型；body是函数体。

        因此，一个完整的lambda表达式看起来像这样：
 

        auto f = [](int a) -> int { return a + 1;};
 
        cout << f(1) << endl;                //输出：2

        可以看到，上面通过一行代码定义了一个小小闭包，用来输入加1并返回。

        在C++11中，lambda表达式的返回值是通过前面介绍的返回值后置语法来定义的。其实很多时候，lambda表达式的返回值是非常明显的，比如上例。因此，C++11中运行省略lambda表达式的返回值定义：

       

 auto f = [](int a) {return a + 1; };

        这样编译器就会根据return语句自动推导出返回值类型。

        需要注意的是，初始化列表不能用于返回值的自动推导。
 

        auto x1 = [](int i){ return i; };         //OK：return type is int
 
        auto x2 = [](){ return {1, 2};};        // error：无法推导出返回值类型

        这时我们需要显示给出具体的返回值类型。

        另外，lambda表达式在没有参数列表时，参数列表是可以省略的。因此像下面的写法都是正确的：
 

        auto f1 = [] () { return 1; };
 
        auto f2 = [] { return 1; };         //省略空参数表

        lambda表达式可以通过捕获列表捕获一定范围的变量：

        1、[]不捕获任何变量。

        2、[&]捕获外部作用域中所有变量，并作为引用在函数体中使用（按引用捕获）。

        3、[=]捕获外部作用域中所有变量，并作为副本在函数体中使用（按值捕获）。

        4、[=, &foo]按值捕获外部作用域中所有变量，并按引用捕获foo变量。

        5、[bar]按值捕获bar变量，同时不捕获其他变量。

        6、[this]捕获当前类中的this指针，让lambda表达式拥有和当前类成员函数同样的访问权限。如果已经使用了&或者=，就默认添加此选项。捕获this的目的是可以在lambda中使用当前类的成员函数和成员变量。

lambda表达式基本用法

#include 
using namespace std;
 
class A
{
public:
    int i_ = 0;
 
    void func(int x, int y)
    {
        ///auto x1 = [] { return _i; };         ///error，没有捕获外部变量
 
        auto x2 = [=] { return i_ + x + y; };   ///OK，捕获所有外部变量
 
        auto x3 = [&] { return i_ + x + y; };   ///OK，捕获所有外部变量
 
        auto x4 = [this] { return i_; };        ///OK，捕获this指针
 
        ///auto x5 = [this] { return i_ + x + y; }; ///error，没有捕获x，y
 
        auto x6 = [this, x, y] { return i_ + x + y; };  ///OK，捕获this指针，x，y
 
        auto x7 = [this]{ return i_ ++; };      ///OK，捕获this指针，并修改成员的值
 
    }
 
};
 
int main()
{
    int a = 0, b = 1;
 
    auto f1 = [] { return a; };     ///error，没有捕获外部变量
 
    auto f2 = [&] { return a++; };  ///OK，捕获所有外部变量，并对a执行自加运算
 
    auto f3 = [=] { return a; };    ///OK，捕获所有外部变量，并返回a
 
    auto f4 = [=] { return a++; };  ///error，a是以复制方式捕获的，无法修改
 
    auto f5 = [a] { return a + b; };    ///error，没有捕获变量b
 
    auto f6 = [a, &b] { return a + (b++); };    ///OK，捕获a和b的引用，并对b做自加运算
 
    auto f7 = [=, &b] { return a + (b++); };    ///OK，捕获所有外部变量和b的引用，并对b做自加运算
 
    return 0;
}

        从上例中可以看到，lambda表达式的捕获列表精细的控制了lambda表达式能够访问的外部变量，以及如何访问这些变量。

        需要注意的是，默认状态下lambda表达式无法修改通过复制方式捕获的外部变量。如果希望修改这些变量的话，我们需要使用引用方式进行捕获。

    int a = 0;
    auto f = [=] { return a; };
 
    a += 1;
 
    cout << f() << endl;

        在这个例子中，lambda表达式按值捕获了所有外部变量。在捕获的一瞬间，a的值就已经被复制到f中了。之后a被修改了，但此时f中存储的a仍然还是捕获时的值，因此，最终输出结果是0。

        如果希望lambda表达式在调用时能够及时访问外部变量，我们应当使用引用方式捕获。

        如果希望去修改按值捕获的外部变量，需要显示指明lambda表达式为mutable：

int main()
{
    int a = 0;
 
    ///auto f1 = [=](){ return a++; };          ///error，修改按值捕获的外部变量
    auto f2 = [=]()mutable { return a++; };     ///OK，mutable
 
    return 0;
}
 

        需要注意的一点是，被mutable修改的lambda表达式就算没有参数也要写明参数列表。

        lambda表达式的类型在C++11中被称为“闭包类型”。它是一个特殊的，匿名的非nunion的类型。因此，我们可以认为它是一个带有operator（）的类，即仿函数。因此，我们可以使用std::function和std::bind来存储和操作lambda表达式：

std::function<int(int)> f1 = [] (int a) { return a; };
std::function<int(void)> f2 = std::bind( [] (int a) { return a; }, 123);

        另外，对于没有捕获任何变量的lambda表达式，还可以被转换成一个普通的函数指针：

using func_t = int(*)(int);
func_t f = [] (int a) { return a; };
f(123);

        lambda表达式可以说是就地定义仿函数闭包的“语法糖”。它的捕获列表捕获住的任何外部变量，最终均会变成闭包类型的成员变量。而一个使用了成员变量的类的operator（），如果能直接被转换为普通的函数指针，那么lambda表达式本身的this指针就会丢失掉。而没有捕获任何外部变量的lambda表达式则不存在这个问题。

        这里也可以很自然的解释为何按值捕获无法修改捕获的外部变量。因为按照C++标志，lambda表达式的operator（）默认是const的。一个const成员函数是无法修改成员变量的值的。而mutable的作用，就在于取消operator（）的const。

声明式的编程风格，简洁的代码

        就地定义匿名函数，不再需要定义函数对象，大大简化了标准库算法的调用。在C++11之前，我们要调用for_each函数将vector中的偶数打印出来，代码如下所示：

    
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;
 
class CountEven
{
public:
    CountEven(int& c):count(c){}
 
    void operator()(int val)
    {
        if (!(val & 1))
        {
            ++count;
        }
    }
 
private:
    int& count;
};
 
int main()
{
    int count = 0;
    vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};
 
    for_each(v.begin(), v.end(), CountEven(count));
 
    cout << "The number of even is " << count << endl;
 
    return 0;
}
 

        这样写既繁琐又容易出错。有了lambda表达式以后，我们可以使用真正的闭包概念来替换这里的仿函数，代码如下所示：

        

 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;
 
class CountEven
{
public:
    CountEven(int& c):count(c){}
 
    void operator()(int val)
    {
        if (!(val & 1))
        {
            ++count;
        }
    }
 
private:
    int& count;
};
 
int main()
{
    int count = 0;
    vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};
 
    for_each(v.begin(), v.end(), CountEven(count));
 
    cout << "The number of even is " << count << endl;
 
    count = 0;
    for_each(v.begin(), v.end(), [&count](int val)
            {
                if (!(val & 1))
                {
                    ++ count;
                }
            }
            );
 
    cout << "The number of even is " << count << endl;
 
    return 0;
}
 

        lambda表达式的价值在于，就地封装短小的功能闭包，可以及其方便的表达出我们希望执行的具体操作，并让上下文结合得更加紧密。