lambda式作為一種創(chuàng)建函數(shù)對(duì)象的手段,實(shí)在太過(guò)方便,對(duì)c++日常軟件開(kāi)發(fā)產(chǎn)生極大影響,所以特來(lái)學(xué)習(xí)。
lambda函數(shù)是C++11標(biāo)準(zhǔn)新增的語(yǔ)法糖,也稱為lambda表達(dá)式或匿名函數(shù)。
lambda函數(shù)的特點(diǎn)是:距離近、簡(jiǎn)潔、高效和功能強(qiáng)大。
示例:
[](const int& no) ->void {cout<< "親愛(ài)的"<< no<< "號(hào):我是一只傻傻鳥(niǎo)。\n"; };
語(yǔ)法:
參數(shù)列表是可選的,類似普通函數(shù)的參數(shù)列表,如果沒(méi)有參數(shù)列表,()可以省略不寫(xiě)。
與普通函數(shù)的不同:
用后置的方法書(shū)寫(xiě)返回類型,類似于普通函數(shù)的返回類型,如果不寫(xiě)返回類型,編譯器會(huì)根據(jù)函數(shù)體中的代碼推斷出來(lái)。
如果有返回類型,建議顯式的指定,自動(dòng)推斷可能與預(yù)期不一致。
auto f=[](const int& no) ->double{cout<< "親愛(ài)的"<< no<< "號(hào):我是一只傻傻鳥(niǎo)。\n";
};
此時(shí)auto判定f為double類型;
函數(shù)體類似于普通函數(shù)的函數(shù)體。
捕獲列表通過(guò)捕獲列表,lambda函數(shù)可以訪問(wèn)父作用域中的非靜態(tài)局部變量(靜態(tài)局部變量可以直接訪問(wèn),不能訪問(wèn)全局變量)。
捕獲列表書(shū)寫(xiě)在[]中,與函數(shù)參數(shù)的傳遞類似,捕獲方式可以是值和引用。
以下列出了不同的捕獲列表的方式。
與傳遞參數(shù)類似,采用值捕獲的前提是變量可以拷貝。
與傳遞參數(shù)不同,變量的值是在lambda函數(shù)創(chuàng)建時(shí)拷貝,而不是調(diào)用時(shí)拷貝。
例如:
size_t v1 = 42;
auto f = [ v1 ] {return v1; }; // 使用了值捕獲,將v1拷貝到名為f的可調(diào)用對(duì)象。
v1 = 0;
auto j = f(); // j為42,f保存了我們創(chuàng)建它是v1的拷貝。
由于被捕獲的值是在lambda函數(shù)創(chuàng)建時(shí)拷貝,因此在隨后對(duì)其修改不會(huì)影響到lambda內(nèi)部的值。
默認(rèn)情況下,如果以傳值方式捕獲變量,則在lambda函數(shù)中不能修改變量的值。
和函數(shù)引用參數(shù)一樣,引用變量的值在lambda函數(shù)體中改變時(shí),將影響被引用的對(duì)象。
size_t v1 = 42;
auto f = [ &v1 ] {return v1; }; // 引用捕獲,將v1拷貝到名為f的可調(diào)用對(duì)象。
v1 = 0;
auto j = f(); // j為0。
如果采用引用方式捕獲變量,就必須保證被引用的對(duì)象在lambda執(zhí)行的時(shí)候是存在的。
隱式捕獲除了顯式列出我們希望使用的父作域的變量之外,還可以讓編譯器根據(jù)函數(shù)體中的代碼來(lái)推斷需要捕獲哪些變量,這種方式稱之為隱式捕獲。
隱式捕獲有兩種方式,分別是[=]和[&]。[=]表示以值捕獲的方式捕獲外部變量,[&]表示以引用捕獲的方式捕獲外部變量。
int a = 123;
auto f = [ = ] {cout<< a<< endl; }; //值捕獲
f(); // 輸出:123
auto f1 = [ & ] {cout<< a++<< endl; }; //引用捕獲
f1(); //輸出:123(采用了后++)
cout<< a<< endl; //輸出 124
混合方式捕獲lambda函數(shù)還支持混合方式捕獲,即同時(shí)使用顯式捕獲和隱式捕獲。
混合捕獲時(shí),捕獲列表中的第一個(gè)元素必須是 = 或 &,此符號(hào)指定了默認(rèn)捕獲的方式是值捕獲或引用捕獲。
需要注意的是:顯式捕獲的變量必須使用和默認(rèn)捕獲不同的方式捕獲。例如:
int i = 10;
int j = 20;
auto f1 = [ =, &i] () {return j + i; }; // 正確,默認(rèn)值捕獲,顯式是引用捕獲
auto f2 = [ =, i] () {return i + j; }; // 編譯出錯(cuò),默認(rèn)值捕獲,顯式值捕獲,沖突了
auto f3 = [ &, &i] () {return i +j; }; // 編譯出錯(cuò),默認(rèn)引用捕獲,顯式引用捕獲,沖突了
修改值捕獲變量的值在lambda函數(shù)中,如果以傳值方式捕獲變量,則函數(shù)體中不能修改該變量,否則會(huì)引發(fā)編譯錯(cuò)誤。
在lambda函數(shù)中,如果希望修改值捕獲變量的值,可以加mutable選項(xiàng),但是,在lambda函數(shù)的外部,變量的值不會(huì)被修改。
int a = 123;
auto f = [a]()mutable {cout<< ++a<< endl; }; // 不會(huì)報(bào)錯(cuò)
cout<< a<< endl; // 輸出:123
f(); // 輸出:124
cout<< a<< endl; // 輸出:123
異常說(shuō)明lambda可以拋出異常,用throw(…)指示異常的類型,用noexcept指示不拋出任何異常。
二、lambda表達(dá)式使用的注意事項(xiàng) 避免默認(rèn)捕獲模式按引用的默認(rèn)捕獲模式可能導(dǎo)致空懸引用,一旦由lambda式所創(chuàng)建的閉包越過(guò)了局部變量或形參的生命周期,那么閉包內(nèi)的引用就會(huì)空懸(即必須保證被引用的對(duì)象在lambda執(zhí)行的時(shí)候是存在的)
(有沒(méi)有空懸引用其實(shí)就是看的生命周期,那個(gè)長(zhǎng))
既然引用有導(dǎo)致空懸引用的風(fēng)險(xiǎn),那是不是可以用按值捕獲呢。按值的默認(rèn)捕獲也有可能存在空懸的風(fēng)險(xiǎn)。如按值捕獲了一個(gè)指針以后,在lambda式創(chuàng)建的閉包中持有的是這個(gè)指針的副本,但并無(wú)辦法阻止lambda式之外的代碼去針對(duì)該指針實(shí)施delete操作所導(dǎo)致的指針副本空懸。
對(duì)于類的方法中使用lambda,如果使用到了類的成員變量,則會(huì)出現(xiàn)無(wú)法被捕獲的錯(cuò)誤。如下:
void Widget::addFilter() const
{filters.emplace_back(
[divisor](int value) //錯(cuò)誤
{return value % divisor==0;} //局部沒(méi)有可捕獲的divisor(divisor既不是局部變量,也不是形參)
);
}
解決這一問(wèn)題,關(guān)鍵在于一個(gè)裸指針隱式應(yīng)用,這就是this。每一個(gè)非靜態(tài)成員函數(shù)都持有一個(gè)this指針,然后每當(dāng)提及該類的成員變量時(shí)都會(huì)用到這個(gè)指針。
所以此上的代碼的lambda函數(shù)被捕獲的實(shí)際上是Widget的this指針,而不是divisor。
代碼如下 :
void Widget::addFilter() const
{auto currentObjectPtr=this;
filters.emplace_back(
[currentObjectPtr](int value)
{return value%currentObjectPtr->divisor==0;}
);
}
這就相當(dāng)于lambda閉包的存活與它含有其this指針副本的Widget對(duì)象的生命期是綁在一起的
對(duì)于以static聲明的靜態(tài)變量,可以在lambda內(nèi)使用,但是它們不能被捕獲
三、lambda表達(dá)式底層實(shí)現(xiàn)原理class Add{public:
Add(int n):_a(n){}
int operator()(int n){return _a + n;
}
private:
int _a;
};
int main(){int n = 2;
Add a(n);
a(4);
auto a2 = [=](int m)->int{return n + m; };
a2(4);
return 0;
}
從上面的代碼中可以看到,仿函數(shù)與lambda表達(dá)式完全一樣
實(shí)際當(dāng)我們編寫(xiě)了一個(gè)lambda表達(dá)式之后,編譯器將該表達(dá)式翻譯成一個(gè)未命名類的未命名對(duì)象。該類含有一個(gè)operator()。
整個(gè)lamda表達(dá)式,編譯的時(shí)候,
采用值捕獲時(shí),lambda函數(shù)生成的類用捕獲變量的值初始化自己的成員變量。
例如:
int a =10;
int b = 20;
auto addfun = [=] (const int c ) ->int {return a+c; };
int c = addfun(b);
cout<< c<< endl;
等同于:
class Myclass
{int m_a; // 該成員變量對(duì)應(yīng)通過(guò)值捕獲的變量。
public:
Myclass( int a ) : m_a(a){}; // 該形參對(duì)應(yīng)捕獲的變量。
// 重載了()運(yùn)算符的函數(shù),返回類型、形參和函數(shù)體都與lambda函數(shù)一致。
int operator()(const int c) const
{return a + c;
}
};
默認(rèn)情況下,由lambda函數(shù)生成的類是const成員函數(shù),所以變量的值不能修改。如果加上mutable,相當(dāng)于去掉const。這樣上面的限制就能講通了。
采用引用捕獲如果lambda函數(shù)采用引用捕獲的方式,編譯器直接引用就行了。
唯一需要注意的是,lambda函數(shù)執(zhí)行時(shí),程序必須保證引用的對(duì)象有效。
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