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【C++11】Lambda表达式

来源:刀刀网

在C++98中,如果想对一个数据集合中的元素排序,可以使用std::sort。

//仿函数
struct Greater1
{
	bool operator()(const int& a, const int& b)
	{
		return a > b;
	}
};
//比较函数
bool g2(const int& a, const int& b)
{
	return a > b;
}
int main1()
{
	int arry[] = { 1,5,3,7,8,9,0,2,4,6 };
	//默认按照小于比较,排除来是升序
	std::sort(arry, arry + sizeof(arry) / sizeof(arry[0]));
	//如果需要降序,需要改变元素比较规则
	std::sort(arry, arry + sizeof(arry) / sizeof(arry[0]), Greater1());

	Greater1 g1;
	//g1(1, 2);//这里g1是一个仿函数对象,调用它的operator()来实现的
	//g2(1, 2);//这里g2是一个函数指针,调用它指向的函数
	//他们是完全不同的对象,但用起来是一样的。
	std::sort(arry, arry + sizeof(arry) / sizeof(arry[0]), g1);
	std::sort(arry, arry + sizeof(arry) / sizeof(arry[0]), g2);

	return 0;
}

如果待排序的元素类型为自定义类型,则需要定义排序时的比较规则。

struct Goods
{
	string _name;//名字
	double _price;//价格
	int _num;//数量
	Goods(const string& name, const double& price,const int& num)
		:_name(name)
		,_price(price)
		,_num(num)
	{	}
};
struct ComparePriceLess
{
	bool operator()(const Goods& g1, const Goods& g2)
	{
		return g1._price < g2._price;
	}
};
struct CompareNumLess
{
	bool operator()(const Goods& g1, const Goods& g2)
	{
		return g1._num < g2._num;
	}
};
struct CompareNameLess
{
	bool operator()(const Goods& g1, const Goods& g2)
	{
		return g1._name < g2._name;
	}
};
//struct ComparePriceGreater();
//struct CompareNumLGreater();
//...
int main()
{
	vector<Goods> v = { {"苹果",3.5,2},{"香蕉",4.2,3},{"橙子",2.3,6} };
	sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());
	sort(v.begin(), v.end(), CompareNumLess());
	sort(v.begin(), v.end(), CompareNameLess());
	//sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());
	//sort(v.begin(), v.end(), CompareNumGreater());
	//sort(v.begin(), v.end(), CompareNameGreater());
	return 0;
}

每次实现一个比较算法,就要写一个类,如果比较逻辑不同,还要去写多个类,尤其是像同类的命名,都带来了很大的麻烦。

因此C++11提出了Lambda表达式。

lambda表达式语法

lambda表达式书写格式:

lambda表达式各部分说明:

  • [capture-list]:捕捉列表。捕捉同一作用域中的对象供lambda函数使用。捕获方式可以是按值捕获(使用=)或按引用捕获(使用&),也可以显式地指定要捕获的变量(例如[x, &y])。如果捕获列表为空,则可以使用[]
  • (parameters):参数列表。与普通函数列表一致,如果不需要传递参数,则连同()可以一起省略。
  • mutable:默认情况下,lambda函数总是const函数,multable可以取消其常量属性。使用该修饰符时,参数列表不能省略,即使参数为空。
  • ->return-type:返回值类型,可以省略。如果省略,编译器会根据函数体的返回语句自动推导返回类型(称为返回类型推导)。
  • statement:函数体。除了可以使用其内部参数外,还可以使用其捕获到的变量。

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部分可以为空,因此,最简单的lambda函数为:[]{ };该函数不能做任何事情。

lambda表达式使用

int main()
{
	int a = 1;
	int b = 2;
	//这就是一个a+b的lambda表达式
	[a, b]()->int {return a + b; };
	[a, b]() {return a + b; };//返回值类型可以省略,由编译器推导

	//实现a+b
	//不捕捉
	auto add1 = [](int x, int y)->int {return x + y; };
	cout << add1(a, b) << endl;
	//按值直接捕捉a、b
	auto add2 = [a, b]()->int {return a + b; };
	cout << add2() << endl;
	//按值捕捉所有变量
	auto add3 = [=]()->int {return a + b; };
	cout << add3() << endl;

	//实现a、b的交换
	//不捕捉
	auto swap1 = [](int& x, int& y) {int z = x; x = y; y = z; };
	swap1(a, b);
	cout << a << " " << b << endl;
	//按引用直接捕捉a、b
	auto swap2 = [&a, &b]() {int c = a; a = b; b = c; };
	swap2();
	cout << a << " " << b << endl;
	//按引用捕捉所有变量
	auto swap3 = [&]() {int c = a; a = b; b = c; };
	swap3();
	cout << a << " " << b << endl;

    //mutable用法
    //auto func1 = [a, b]() {a = b; };//error。错误信息:表达式必须是可修改的左值。
    auto func2 = [a, b]()mutable { a = b; };//加mutable修饰符取消了a、b的常量属性。
	return 0;
}

可以看到lambda表达式实际就是一个匿名函数,没有名字,调用时,可以使用auto将其赋值给一个对象。

捕获列表说明

捕捉列表描述了上下文中那些数据可以被lambda使用,以及使用的方式传值还是传引用

  • [var]:按值捕捉变量var
  • [=]:按值捕捉所有父作用域中的变量(包括this)
  • [&var]:按引用捕捉变量var
  • [&]:按引用捕捉所有父作用域中的变量(包括this)
  • [this]:按值捕捉当前的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,并以逗号分割。              

比如:[=, &a, &b]:按引用捕捉变量a和b,按值捕捉其他所有变量 ,[&,a, this]:按值捕捉变量a和this,按引用捕捉其他所有变量。

  • 捕捉列表不允许变量重复传递,否则就会导致编译错误。  
比如:[=, a]:=已经以值传递方式捕捉了所有变量,捕捉a重复。
  • 在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空。

在块作用域中的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。

函数对象与lambda表达式

函数对象,又称为仿函数,是一种重载了函数调用运算符(operator())的类对象。这使得对象可以像普通函数一样被调用。

lambda表达式实际是一个匿名函数,也可以像普通函数一样被调用。

class Rate
{
public:
	Rate(double rate)
		: _rate(rate)
	{}
	double operator()(double money, int year)
	{
		return money * _rate * year;
	}
private:
	double _rate;//利率
};
int main()
{
	// 函数对象
	double rate = 0.32;
	Rate r1(rate);
	r1(10000, 2);
	// lamber
	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,lambda表达式通过捕获列表可以直接将该变量捕捉到。

lambda表达式底层原理

实际底层编译器对于lambda表达式处理方式,完全就是按照函数对象的方式处理的,如果定义了一个lambda表达式,编译器会自动生成一个类,并重载operator()。

再来看使用lambda表达式实现的自定义类型的比较:

int main()
{
	vector<Goods> v = { {"苹果",3.5,2},{"香蕉",4.2,3},{"橙子",2.3,6} };
	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._num > g2._num; });
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._num < g2._num; });
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._name > g2._name; });
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._name < g2._name; });
	return 0;
}

可以看到,使用lambda表达式使代码可读性非常高。

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