(C/C++學習心得)8.C++ Lambda

Lambda C++ · 發表 2018-10-05 11:53:00

摘要：一.生成隨機數字假設我們有一個vector<int>容器，想用100以內的隨機數初始化它，其中一個辦法是通過generate函式生成，如程式碼1所示。generate函式接受三個引數，前兩個引數指定容器的起止位置，後一個引數指定生成邏輯，這個邏輯正是通過Lambda來表達的。...

一.生成隨機數字

假設我們有一個vector<int>容器，想用100以內的隨機數初始化它，其中一個辦法是通過generate函式生成，如程式碼1所示。generate函式接受三個引數，前兩個引數指定容器的起止位置，後一個引數指定生成邏輯，這個邏輯正是通過Lambda來表達的。

程式碼1:

1vector<int> vec(10);
2generate(vec.begin(),vec.end(),[]{ return rand() % 100; });

我們現在看到Lambda是最簡形式，只包含捕獲子句和函式體兩個必要部分，其他部分都省略了。[]是Lambda的捕獲子句，也是引出Lambda的語法，當編譯器看到這個符號時，就知道我們在寫一個Lambda了。函式體通過{} 包圍起來,裡面的程式碼和一個普通函式的函式體沒有什麼不同。

那麼，程式碼1生成的隨機數字裡有多少個奇數呢，我們可以通過for_each函式數一下，如程式碼2所示。和generate函式不同的是，for_each函式要求我們提供的Lambda接受一個引數。一般情況下,如果Lambda的引數列表不包含任何引數，我們可以把它省略，就像程式碼1所示的那樣；如果包含多個引數，可以通過逗號分隔，如(int index, std::string item)。

程式碼2：

1int odd_count = 0;
2for_each(vec.begin(),vec.end(),[&odd_count](int value)
3{
4if(value %2 == 1)
5odd_count++;
6});

看到這裡，細心的讀者可能已經發現程式碼2的捕獲子句裡面多了一個"&odd_count"，這是用來幹嘛的呢？我們知道，這個程式碼的關鍵部分是在Lambda的函式體裡修改一個外部的計數變數，常見的語言（如C#）會自動為Lambda捕獲當前上下文的所有變數，但C++要求我們在Lambda的捕獲子句裡顯式指定想要捕獲的變數，否則無法在函式體裡使用這些變數。如果捕獲子句裡面什麼都不寫，像程式碼1所示的那樣，編譯器會認為我們不需要捕獲任何變數。

除了顯式指定想要捕獲的變數，C++還要求我們指定這些變數的傳遞方式，可以選擇的傳遞方式有兩種：按值傳遞和按引用傳遞。像[&odd_count] 這種寫法是按引用傳遞，這種傳遞方式使得你可以在Lambda的函式體裡對odd_count變數進行修改。相對的，如果變數名字前面沒有加上"&"就是按值傳遞，這些變數在Lambda的函式體裡是隻讀的。

如果你希望按引用傳遞捕獲當前上下文的所有變數，可以把捕獲子句寫成[&]；如果你希望按值傳遞捕獲當前上下文的所有變數，可以把捕獲子句寫成[=]。如果你希望把按引用傳遞設為預設的傳遞方式，同時指定個別變數按值傳遞，可以把捕獲子句寫成[&, a, b]；同理；如果預設的傳遞方式是按值傳遞，個別變數按引用傳遞，可以把捕獲子句寫成[=, &a, &b]。值得提醒的是，像[&, a, &b]和[=, &a, b]這些寫法是無效的，因為預設的傳遞方式均已覆蓋b變數，無需單獨指定，有效的寫法應該是[&, a]和[=, &a]。

二.生成等差數列

現在我們把一開始的問題改一下，通過generate函式生成一個首項為0，公差為2的等差數列。有了前面關於捕獲子句的知識，我們很容易想到程式碼3這個方案，首先按引用傳遞捕獲i變數，然後在Lambda的函式體裡修改它的值，並返回給generate函式。

程式碼3：

1int step = 2;
2int i = 0;
3vector<int> vec(10);
4generate(vec.begin(),vec.end(),[&i,step]{ return (i += step); });
5for(int it:vec)

如果我們把i變數的傳遞方式改成按值傳遞，然後在捕獲子句後面加上mutable宣告，如程式碼4所示，我們可以得到相同的效果，我指的是輸出結果。那麼，這兩個方案有什麼不一樣呢？呼叫generate函式之後檢查一下i變數的值就會找到答案了。需要說明的是，如果我們加上mutable宣告，引數列表就不能省略了，即使裡面沒有包含任何引數。

程式碼4：

1int step = 2;
2int i = 0;
3vector<int> vec(10);
4generate(vec.begin(),vec.end(),[i,step] () mutable { return (i += step); });
5cout<<i<<endl;

使用程式碼3這個方案，i變數的值在呼叫generate函式之後是18，而使用程式碼4這個方案，i變數的值是0。這個意味著mutable宣告使得我們可以在Lambda的函式體修改按值傳遞的變數，但這些修改對Lambda以外的世界是不可見的，有趣的是，這些修改在Lambda的多次呼叫之間是共享的。換句話說，程式碼4的generate函式呼叫了10次Lambda，前一次呼叫時對i變數的修改結果可以在後一次呼叫時訪問得到。

這聽起來就像有個物件，i變數是它的成員欄位，而Lambda則是它的成員函式，事實上，Lambda是函式物件（Function Object）的語法糖，程式碼4的Lambda最終會被轉換成程式碼5所示的Functor類。

程式碼5：

1 class functor
2 {
3 public:
4functor(int i,int step)
5:_i(i),_step(step){}
6int operator()()
7{
8return (_i += _step);
9}
 10 private:
 11int _i;
 12int _step;
 13 };

你也可以把程式碼4的Lambda替換成Functor類，如程式碼6所示。

程式碼6：

1int i = 0,step = 2;
2vector<int> seq(10);
3generate(seq.begin(),seq.end(),functor(i,step));

三.如何宣告Lambda的型別？

到目前為止，我們都是把Lambda作為引數直接傳給函式的，如果我們想把一個Lambda傳給多個函式，或者把它當作一個函式多次呼叫，那麼就得考慮把它存到一個變數裡了，問題是這個變數應該如何宣告呢？如果你確實不知道，也不想知道，那麼最簡單的辦法就是交給編譯器處理，如程式碼7所示，這裡的auto關鍵字相當於C#的var，編譯器會根據我們用來初始化f1變數的值推斷它的實際型別，這個過程是靜態的，在編譯時完成。

程式碼7：

1 auto f = [](int x,int y){ return x+y; };

如果我們想定義一個接受程式碼7的Lambda作為引數的函式，那麼這個引數的型別又該如何寫呢？我們可以把它宣告為function模板型別，如程式碼8所示，裡面的型別引數反映了Lambda的簽名——兩個int引數，一個int返回值。需要注意的是：function是標準庫裡面提供的一個模板型別，位於std名稱空間，使用之前需要#include <functional>。

程式碼8：

1 void foo(function < int (int,int) > f)
2 {
3cout<<f(1,2)<<endl;
4 }

此外，你也可以把這個函式宣告為模板函式，如程式碼9所示。

程式碼9：

1 template<class Fn>
2 void bar(Fn f)
3 {
4cout<<f(1,2)<<endl;
5 }

無論你如何宣告這個函式，呼叫的時候都是一樣的，而且它們都能接受Lambda或者函式物件作為引數，如程式碼10所示。

程式碼10：

1 class functor
2 {
3 public:
4int operator()(int x,int y)
5{
6return (x+y);
7}
8 };
9 int main()
 10 {
 11auto f = [](int x,int y){ return x+y; };
 12foo(f);
 13bar(f);
 14foo(functor());
 15bar(functor());
 16return 0;
 17 }

四.捕獲變數的值什麼時候確定？

現在，我要把程式碼7的Lambda調整成程式碼11所示的那樣，通過捕獲子句而不是引數列表提供輸入，這兩個引數分別使用不同的傳遞方式，那麼，我在第三行修改這兩個引數的值會否對第四行的呼叫產生影響？

程式碼11：

1int x = 1,y = 2;
2auto f = [x,&y] {return (x+y); };
3x = 3,y = 4;
4cout<<f()<<endl;

如果你執行程式碼11，你將會看到輸出結果是5。為什麼？這是因為按值傳遞在宣告Lambda的那一刻就已經確定變數的值了，無論之後外面怎麼修改，裡面只能訪問到宣告時傳過來的版本；而按引用傳遞則剛好相反，裡面和外面看到的是同一個東西，因此在呼叫Lambda之前外面的任何修改對裡面都是可見的。這種問題在C#裡是沒有的，因為C#只有按引用傳遞這種方式。

五.返回值的型別什麼時候可以省略？

最後，我們一直沒有提到返回值的型別，編譯器會一直幫我們自動推斷嗎？不會，只有兩種情況可以在宣告Lambda時省略返回值型別，而前面的例子剛好都滿足這兩種情況，因此推到現在才說：

函式體只包含一條返回語句，如最初的程式碼1所示。
Lambda沒有返回值，如程式碼2所示。

當你需要加上返回值的型別時，必須把它放在引數列表後面，並且在返回值型別前面加上"->"符號，如程式碼12所示。

程式碼12：

1int x = 1,y = 2;
2auto f1 = [x,y]()->int
3{
4return x+y;
5};
6cout<<f1()<<endl;
7 }

本文轉自ofollow,noindex" target="_blank"> https://www.cnblogs.com/allenlooplee/archive/2012/07/03/2574119.html