C++11——lambda表达式

一、前言

在C++98中，如果想要对一个数据集合中的元素进行排序，可以使用std::sort方法。

int main()
{
	int array[] = { 4,1,8,5,3,7,0,9,2,6 };

	// 默认按照小于比较，排出来结果是升序
	sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));

	// 如果需要降序，需要改变元素的比较规则
	sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]), greater<int>());

	return 0;
}

如果待排序元素为自定义类型，需要用户定义排序时的比较规则：

struct Goods
{
	string _name;  // 名字
	double _price; // 价格
	int _evaluate; // 评价

	Goods(const char* str,double price,int evaluate)
		:_name(str)
		,_price(price)
		,_evaluate(evaluate)
	{}
};

struct ComparePriceLess
{
	bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
	{
		return gl._price < gr._price;
	}
};

struct ComparePriceGreater
{
	bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
	{
		return gl._price > gr._price;
	}
};

int main()
{
	vector<Goods> v = { {"苹果",2.1,5},{"香蕉",3,4},{"橙子",2.2,3},{"菠萝",1.5,4} };
	sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());
	sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());

	return 0;
}

随着C++语法的发展，人们开始觉得上面的写法太复杂了，每次为了实现一个algorithm算法，都要重新去写一个类，如果每次比较的逻辑不一样，还要去实现多个类，特别是相同类的命名，这些都给编程人员带来了极大的不便。因此，在C++11语法中出现了lambda表达式。

二、lambda表达式

int main()
{
	vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
		return g1._price < g2._price; });

	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
		return g1._price > g2._price; });

	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
		return g1._evaluate < g2._evaluate; });

	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
		return g1._evaluate > g2._evaluate; });

	return 0;
}

上述代码就是使用C++11中的lambda表达式来解决，可以看出lambda表达式实际是一个匿名函数。

三、lambda表达式语法

lambda表达式书写格式：[capture-list](papmeters) mutable -> return-type{statement}

3.1 lambda表达式各部分说明

• [capture-list]：捕捉列表，该列表总是出现在lambda函数的开始位置，编译器根据[ ]来判断接下来的代码是否为lambda函数，捕捉列表能够捕捉上下文的变量供lambda函数使用
• (papmeters)：参数列表，与普通函数的参数列表一致，如果不需要参数传递，则可以连同( )一起省略
• mutable：默认情况下，lambda函数总是一个const函数，mutable可以取消其常量性。使用该修饰符时，参数列表不可省略（即使参数为空）
• -> return-type：返回值类型。用追踪返回类型形式声明函数的返回值类型，没有返回值时此部分可省略。返回值类型明确情况下，也可省略，由编译器对返回值类型进行推导
• {statement}：函数体。在该函数体内，除了可以使用其参数外，还可以使用所有捕获到的变量

【注意】

在lambda函数定义中，参数列表和返回值类型都是可选部分，而捕捉列表和函数体可以为空。因此C++11中最简单的lambda函数为：[ ]{ }；该lambda函数不能做任何事情。

int main()
{
	// 最简单的lambda表达式, 该lambda表达式没有任何意义
	[] {};

	// 省略参数列表和返回值类型，返回值类型由编译器推导为int
	int a = 3, b = 4;
	[=] {return a + 3; };

	// 省略了返回值类型，无返回值类型
	auto fun1 = [&](int c) {b = a + c; };
	fun1(10);
	cout << a << " " << b << endl;

	// 各部分都很完善的lambda函数
	auto fun2 = [=, &b](int c)->int {return b += a + c; };
	cout << fun2(10) << endl;

	// 复制捕捉x
	int x = 10;
	auto add_x = [x](int a) mutable { x *= 2; return a + x; };
	cout << add_x(10) << endl;

	return 0;
}

通过上述例子可以看出，lambda表达式实际上可以理解为无名函数，该函数无法直接调用，如果想要直接调用，可借助auto将其赋值给一个变量。

3.2 捕获列表说明

捕获列表描述了上下文中哪些数据可以被lambda使用，以及使用的方式是传值还是传引用。

• [var]：表示值传递方式捕捉变量var
• [=]：表示值传递方式捕捉所有父作用域中的变量（包括this）
• [&var]：表示引用传递捕捉变量var
• [&]：表示引用传递捕捉所有父作用域中的变量（包括this）
• [this]：表示值传递方式捕捉当前的this指针

【注意】

• 父作用域指包含lambda函数的语句块
• 语法上捕捉列表可由多个捕捉项组成，并以逗号分隔
• 捕捉列表不允许变量重复传递，否则就会导致编译错误
• 在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空
• 在快作用域中的lambda函数仅能捕捉父作用域中局部变量，捕捉任何非此作用域或者非局部变量都会导致编译报错
• lambda表达式之间不能相互赋值，即使看起来类型相同

四、函数对象与lambda表达式

函数对象，又称为仿函数，即可以像函数一样使用的对象，就是在类中重载了operator()运算符的类对象。

class Rate
{
public:
	Rate(double rate) : _rate(rate)
	{}
	double operator()(double money, int year)
	{
		return money * _rate * year;
	}
private:
	double _rate;
};

int main()
{
	// 函数对象
	double rate = 0.49;
	Rate r1(rate);
	r1(10000, 2);
	// lambda
	auto r2 = [=](double monty, int year)->double {return monty * rate * year;};
	r2(10000, 2);

	return 0;
}

从使用方式上来看，函数对象与lambda表达式完全一样。

函数对象将rate作为其成员变量，在定义对象时给出初始值即可，lambda表达式通过捕获列表可以直接将该变量捕获到。

实际在底层编译器对于lambda表达式的处理方式，完全就是按照函数对象的方式来处理的，即：如果定义了一个lambda表达式，编译器自动生成一个类，在该类中重载了operator()。