C++11中匿名函数lambda的使用详解

2023-05-18 05:49

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C++ lambda是C++11新增的一种匿名函数的实现方式，可以在代码中直接定义一个函数对象。它的语法是通过关键字“[]”来定义的，括号里可以包含需要访问的外部变量。Lambda函数可以用于在STL算法中提供自定义的比较函数，或者作为std::function的参数。它的简洁和易用性使得在C++11中变得非常流行。

一、lambda基础介绍

Lambda表达式的完整声明格式如下:

[capture list](parameter list) mutable exception->
     return type { function body }

capture list: 用于捕获外部变量的列表，可以省略。
parameter list: 函数参数列表，可以省略。
mutable: 可选项，用于指定能否修改捕获的变量。
exception: 可选项，用于指定能抛出的异常。
return type: 可选项，用于指定返回值类型。如果省略，编译器会自动推断。
function body: 函数主体。

通常情况下，一个 lambda 表达式不需要如此多的关键词，更常用的声明形式如下，只需要captures、parameters、return type、body即可：

[captures] (parameters) -> return_type {body}

有一些情况下，返回类型可以从 return 语句中推导（如 auto），则返回类型可以省略。而当 lambda 表达式没有参数的时候，用于表示参数列表的括号也是可以省略的：

[captures] {body}
 
//也就是
[]{}

具体的例子：

[](){}   //定义一个没有参数和返回值的lambda表达式
[](int a, int b){ return a+b;}   //定义一个带有参数的lambda表达式
[x](int a){ return x*a;}   //定义一个捕获x的lambda表达式

Lambda表达式还可以使用默认参数值，通过在参数后面使用 "= default_value"来实现。

例如 :

[](int a, int b = 10){ return a + b;}  //定义一个带有默认参数值的lambda表达式

在捕获列表中, 你可以使用&或=来捕获外部变量。

& 使得lambda表达式可以修改捕获的变量。
= 使得lambda表达式不能修改捕获的变量(默认值)。

例如 :

int x = 10;
[&x](){x++;}  //定义一个可以修改x的lambda表达式
[=x](){x++;}  //定义一个不能修改x的lambda表达式

Lambda表达式可以通过赋值给std::function对象或者直接调用来使用。

例如 :

std::function<int(int, int)> add = [](int a, int b){ return a + b;};
int result = add(1, 2);

二、lambda使用例子

2.1 STL算法中的回调函数

STL算法如sort, for_each等需要一个可调用的对象来完成操作，这时候lambda表达式可以提供一种简洁的方式来定义这个可调用的对象。

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>
 
int main()
{
    std::vector<int> v{3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5};
    std::sort(v.begin(), v.end(), [](int a, int b){ return a < b;});
    for(int x : v)
        std::cout << x << " ";
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

sort第三个参数可以传入一个函数，是因为 sort 使用了模板，第三个参数是一个比较函数，它是一个可以接受两个参数并返回一个bool值的函数。sort函数使用这个比较函数来确定如何排序序列中的元素。如果第三个参数省略，sort默认使用“小于”运算符进行比较。

可以使用 std::less<int> 替换 lambda 表达式，如下所示：

std::sort(v.begin(), v.end(), std::less<int>());

或者你也可以定义一个比较函数来代替 lambda：

bool myCompare(int a, int b) 
{ return a < b; }
 
 std::sort(v.begin(), v.end(), myCompare);

2.2 回调函数

在许多情况下，我们需要在某个对象的回调函数中进行某些操作，这时候lambda表达式可以提供一种简洁的方式来定义回调函数。

#include <iostream>
 
class Button
{
public:
    void setOnClick(std::function<void()> onClick) { m_onClick = onClick; }
    void click() { m_onClick(); }
private:
    std::function<void()> m_onClick;
};
 
int main()
{
    Button btn;
    btn.setOnClick([](){std::cout << "Button clicked" << std::endl;});
    btn.click();
    return 0;
}

"setOnClick" 函数接收一个 std::function<void()> 类型的参数，并将其存储在类的私有成员变量 "m_onClick" 中。std::function 是一种 C++11 标准库中的类型，它可以存储可调用的对象，如函数指针、函数对象、Lambda 表达式等，这段代码它存了一个void()的类型的调用。

"click" 函数调用了 "m_onClick"，也就是之前设置的 std::function<void()> 类型的回调函数。

在 main 函数中，一个 Button 对象 "btn" 被创建并初始化。然后调用 btn.setOnClick({std::cout << "Button clicked" << std::endl;}); 这个方法，将一个 lambda 表达式作为参数设置给 m_onClick。最后调用 btn.click(); 触发了上面设置的 lambda 表达式。

2.3 多线程编程

在多线程编程中，我们需要启动一个新线程来执行某些操作，这时候lambda表达式可以提供一种简洁的方式来定义线程的操作。

#include <iostream>
#include <thread>
 
int main()
{
    int x = 10;
    std::thread t([&x](){ x++;});
    t.join();
    std::cout << x << std::endl;
    return 0;
}

这段代码使用了 C++11 的线程库 std::thread。在 main 函数中，一个 int 类型的变量 x 被赋值为 10。然后创建了一个 std::thread 对象 "t"，该对象的构造函数接收了一个 lambda 表达式，在这个 lambda 表达式中，变量 x 的值被自增。