我是c++ 11的新手。我正在写下面的递归lambda函数,但它不能编译。
sum.cpp
#include <iostream>
#include <functional>
auto term = [](int a)->int {
return a*a;
};
auto next = [](int a)->int {
return ++a;
};
auto sum = [term,next,&sum](int a, int b)mutable ->int {
if(a>b)
return 0;
else
return term(a) + sum(next(a),b);
};
int main(){
std::cout<<sum(1,10)<<std::endl;
return 0;
}
编译错误:
vimal@linux-718q:~/Study/09C++/c++0x/lambda> g++ -std=c++0x sum.cpp
sum.cpp:在lambda函数中
sum.cpp:18:36:错误:' ((<lambda(int, int)>*)this)-><lambda(int, int)>::sum '不能用作函数
gcc版本
gcc版本4.5.0 20091231(实验性)(gcc)
但如果我改变sum()的声明如下所示,它可以工作:
std::function<int(int,int)> sum = [term,next,&sum](int a, int b)->int {
if(a>b)
return 0;
else
return term(a) + sum(next(a),b);
};
有人能解释一下吗?
要使lambda递归而不使用外部类和函数(如std::function或定点组合子),可以在c++ 14中使用以下结构(现场示例):
#include <utility>
#include <list>
#include <memory>
#include <iostream>
int main()
{
struct tree
{
int payload;
std::list< tree > children = {}; // std::list of incomplete type is allowed
};
std::size_t indent = 0;
// indication of result type here is essential
const auto print = [&] (const auto & self, const tree & node) -> void
{
std::cout << std::string(indent, ' ') << node.payload << '\n';
++indent;
for (const tree & t : node.children) {
self(self, t);
}
--indent;
};
print(print, {1, {{2, {{8}}}, {3, {{5, {{7}}}, {6}}}, {4}}});
}
打印:
1
2
8
3
5
7
6
4
注意,lambda的结果类型应该显式指定。
在c++ 14中,现在很容易创建一个有效的递归lambda,而不必引起std::function的额外开销,只需几行代码:
template <class F>
struct y_combinator {
F f; // the lambda will be stored here
// a forwarding operator():
template <class... Args>
decltype(auto) operator()(Args&&... args) const {
// we pass ourselves to f, then the arguments.
return f(*this, std::forward<Args>(args)...);
}
};
// helper function that deduces the type of the lambda:
template <class F>
y_combinator<std::decay_t<F>> make_y_combinator(F&& f) {
return {std::forward<F>(f)};
}
你原来的求和尝试变成:
auto sum = make_y_combinator([term,next](auto sum, int a, int b) -> int {
if (a>b) {
return 0;
}
else {
return term(a) + sum(next(a),b);
}
});
在c++ 17中,使用CTAD,我们可以添加演绎指南:
template <class F> y_combinator(F) -> y_combinator<F>;
这样就不需要辅助函数了。我们可以写y_combinator{[](auto self,…){…直接}}。
在c++ 20中,使用CTAD进行聚合,就不需要演绎指南了。
在c++ 23中,通过演绎,你根本不需要y组合子:
auto sum = [term,next](this auto const& sum, int a, int b) -> int {
if (a>b) {
return 0;
}
else {
return term(a) + sum(next(a),b);
}
}
这里证明了一个小主体的递归lambda几乎具有与普通递归函数相同的性能,可以直接调用自己。
#include <iostream>
#include <chrono>
#include <type_traits>
#include <functional>
#include <atomic>
#include <cmath>
using namespace std;
using namespace chrono;
unsigned recursiveFn( unsigned x )
{
if( x ) [[likely]]
return recursiveFn( x - 1 ) + recursiveFn( x - 1 );
else
return 0;
};
atomic_uint result;
int main()
{
auto perf = []( function<void ()> fn ) -> double
{
using dur_t = high_resolution_clock::duration;
using urep_t = make_unsigned_t<dur_t::rep>;
high_resolution_clock::duration durMin( (urep_t)-1 >> 1 );
for( unsigned r = 10; r--; )
{
auto start = high_resolution_clock::now();
fn();
dur_t dur = high_resolution_clock::now() - start;
if( dur < durMin )
durMin = dur;
}
return durMin.count() / 1.0e9;
};
auto recursiveLamdba = []( auto &self, unsigned x ) -> unsigned
{
if( x ) [[likely]]
return self( self, x - 1 ) + self( self, x - 1 );
else
return 0;
};
constexpr unsigned DEPTH = 28;
double
tLambda = perf( [&]() { ::result = recursiveLamdba( recursiveLamdba, DEPTH ); } ),
tFn = perf( [&]() { ::result = recursiveFn( DEPTH ); } );
cout << trunc( 1000.0 * (tLambda / tFn - 1.0) + 0.5 ) / 10.0 << "%" << endl;
}
对于我的AMD Zen1 CPU,目前的MSVC递归速度快10%左右。对于我的Phenom II x4 945和g++ 11.1。这两个函数有相同的性能。
请记住,这几乎是最糟糕的情况,因为函数体非常小。如果它更大,递归函数调用本身的部分就更小。
我使用std::function<>捕获方法运行了一个基准测试,比较递归函数和递归lambda函数。在clang版本4.1上启用了完全优化后,lambda版本的运行速度明显变慢了。
#include <iostream>
#include <functional>
#include <chrono>
uint64_t sum1(int n) {
return (n <= 1) ? 1 : n + sum1(n - 1);
}
std::function<uint64_t(int)> sum2 = [&] (int n) {
return (n <= 1) ? 1 : n + sum2(n - 1);
};
auto const ITERATIONS = 10000;
auto const DEPTH = 100000;
template <class Func, class Input>
void benchmark(Func&& func, Input&& input) {
auto t1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
for (auto i = 0; i != ITERATIONS; ++i) {
func(input);
}
auto t2 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(t2-t1).count();
std::cout << "Duration: " << duration << std::endl;
}
int main() {
benchmark(sum1, DEPTH);
benchmark(sum2, DEPTH);
}
产生的结果:
Duration: 0 // regular function
Duration: 4027 // lambda function
(注意:我还确认了一个从cin获取输入的版本,以消除编译时计算)
Clang还会产生一个编译器警告:
main.cc:10:29: warning: variable 'sum2' is uninitialized when used within its own initialization [-Wuninitialized]
这是意料之中的,也是安全的,但应该注意。
在我们的工具中有一个解决方案是很好的,但我认为如果要与当前的方法相比,该语言需要更好的方法来处理这种情况。
注意:
正如一位评论者指出的那样,最新版本的vc++似乎已经找到了一种方法来优化这一点,以达到同等的性能。也许我们不需要更好的方法来处理这个问题(除了语法糖)。
另外,正如最近几周其他一些SO帖子所概述的那样,std::function<>本身的性能可能是导致直接调用function速度变慢的原因,至少当lambda捕获太大而无法放入一些库优化的空间时(我猜有点像各种短字符串优化?)
你需要一个不动点组合器。看到这个。
或者看看下面的代码:
//As decltype(variable)::member_name is invalid currently,
//the following template is a workaround.
//Usage: t2t<decltype(variable)>::t::member_name
template<typename T>
struct t2t
{
typedef T t;
};
template<typename R, typename V>
struct fixpoint
{
typedef std::function<R (V)> func_t;
typedef std::function<func_t (func_t)> tfunc_t;
typedef std::function<func_t (tfunc_t)> yfunc_t;
class loopfunc_t {
public:
func_t operator()(loopfunc_t v)const {
return func(v);
}
template<typename L>
loopfunc_t(const L &l):func(l){}
typedef V Parameter_t;
private:
std::function<func_t (loopfunc_t)> func;
};
static yfunc_t fix;
};
template<typename R, typename V>
typename fixpoint<R, V>::yfunc_t fixpoint<R, V>::fix =
[](fixpoint<R, V>::tfunc_t f) -> fixpoint<R, V>::func_t {
fixpoint<R, V>::loopfunc_t l = [f](fixpoint<R, V>::loopfunc_t x) ->
fixpoint<R, V>::func_t{
//f cannot be captured since it is not a local variable
//of this scope. We need a new reference to it.
auto &ff = f;
//We need struct t2t because template parameter
//V is not accessable in this level.
return [ff, x](t2t<decltype(x)>::t::Parameter_t v){
return ff(x(x))(v);
};
};
return l(l);
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
int v = 0;
std::function<int (int)> fac =
fixpoint<int, int>::fix([](std::function<int (int)> f)
-> std::function<int (int)>{
return [f](int i) -> int{
if(i==0) return 1;
else return i * f(i-1);
};
});
int i = fac(10);
std::cout << i; //3628800
return 0;
}