C++11中的lambda表达式是什么?我什么时候用?他们解决了哪类在介绍之前不可能解决的问题?

一些示例和用例将是有用的。


当前回答

问题是

C++包括一些有用的通用函数,如std::for_each和std::transform,它们非常方便。不幸的是,它们使用起来也很麻烦,特别是如果要应用的函子对于特定函数是唯一的。

#include <algorithm>
#include <vector>

namespace {
  struct f {
    void operator()(int) {
      // do something
    }
  };
}

void func(std::vector<int>& v) {
  f f;
  std::for_each(v.begin(), v.end(), f);
}

如果只在特定的地方使用f一次,那么编写一个完整的类来做一些琐碎的事情似乎是过度的。

在C++03中,您可能会尝试编写以下内容,以保持函子为本地函数:

void func2(std::vector<int>& v) {
  struct {
    void operator()(int) {
       // do something
    }
  } f;
  std::for_each(v.begin(), v.end(), f);
}

但是这是不允许的,f不能传递给C++03中的模板函数。

新的解决方案

C++11引入了lambdas,它允许您编写一个内联的匿名函子来替换结构f。对于小的简单示例,这样读起来更干净(它将所有内容都放在一个地方),维护起来也可能更简单,例如以最简单的形式:

void func3(std::vector<int>& v) {
  std::for_each(v.begin(), v.end(), [](int) { /* do something here*/ });
}

Lambda函数只是匿名函子的语法糖。

返回类型

在简单的情况下,lambda的返回类型是为您推导的,例如:

void func4(std::vector<double>& v) {
  std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(),
                 [](double d) { return d < 0.00001 ? 0 : d; }
                 );
}

然而,当您开始编写更复杂的lambda时,您将很快遇到编译器无法推断返回类型的情况,例如:

void func4(std::vector<double>& v) {
    std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(),
        [](double d) {
            if (d < 0.0001) {
                return 0;
            } else {
                return d;
            }
        });
}

要解决此问题,您可以使用->T显式指定lambda函数的返回类型:

void func4(std::vector<double>& v) {
    std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(),
        [](double d) -> double {
            if (d < 0.0001) {
                return 0;
            } else {
                return d;
            }
        });
}

“捕获”变量

到目前为止,除了在lambda中传递给lambda之外,我们还没有使用其他变量,但我们也可以在lambda内使用其他变量。如果您想访问其他变量,可以使用capture子句(表达式的[]),该子句在这些示例中尚未使用,例如:

void func5(std::vector<double>& v, const double& epsilon) {
    std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(),
        [epsilon](double d) -> double {
            if (d < epsilon) {
                return 0;
            } else {
                return d;
            }
        });
}

您可以通过引用和值捕获,可以分别使用&和=指定:

[&epsilon,zeta]通过引用获取epsilon并通过值获取zeta[&]通过引用捕获lambda中使用的所有变量[=]按值捕获lambda中使用的所有变量[&,epsilon]通过引用捕获lambda中使用的所有变量,但通过值捕获epsilon[=,&epsilon]通过值捕获lambda中使用的所有变量,但通过引用捕获epsilon

默认情况下,生成的运算符()是常量,这意味着当您默认访问捕获时,捕获将是常量。这样做的效果是,使用相同输入的每个调用都会产生相同的结果,但是您可以将lambda标记为可变,以请求生成的运算符()不是常量。

其他回答

lambda函数是您在线创建的匿名函数。它可以捕获一些已经解释过的变量(例如。http://www.stroustrup.com/C++11FAQ.html#lambda),但存在一些限制。例如,如果有这样的回调接口,

void apply(void (*f)(int)) {
    f(10);
    f(20);
    f(30);
}

您可以当场编写一个函数来使用它,就像下面传递给应用程序的函数一样:

int col=0;
void output() {
    apply([](int data) {
        cout << data << ((++col % 10) ? ' ' : '\n');
    });
}

但你不能这样做:

void output(int n) {
    int col=0;
    apply([&col,n](int data) {
        cout << data << ((++col % 10) ? ' ' : '\n');
    });
}

由于C++11标准的限制。如果您想使用捕获,则必须依赖库和

#include <functional> 

(或其他类似STL库的算法来间接获取),然后使用std::function,而不是像这样传递普通函数作为参数:

#include <functional>
void apply(std::function<void(int)> f) {
    f(10);
    f(20);
    f(30);
}
void output(int width) {
    int col;
    apply([width,&col](int data) {
        cout << data << ((++col % width) ? ' ' : '\n');
    });
}

问题是

C++包括一些有用的通用函数,如std::for_each和std::transform,它们非常方便。不幸的是,它们使用起来也很麻烦,特别是如果要应用的函子对于特定函数是唯一的。

#include <algorithm>
#include <vector>

namespace {
  struct f {
    void operator()(int) {
      // do something
    }
  };
}

void func(std::vector<int>& v) {
  f f;
  std::for_each(v.begin(), v.end(), f);
}

如果只在特定的地方使用f一次,那么编写一个完整的类来做一些琐碎的事情似乎是过度的。

在C++03中,您可能会尝试编写以下内容,以保持函子为本地函数:

void func2(std::vector<int>& v) {
  struct {
    void operator()(int) {
       // do something
    }
  } f;
  std::for_each(v.begin(), v.end(), f);
}

但是这是不允许的,f不能传递给C++03中的模板函数。

新的解决方案

C++11引入了lambdas,它允许您编写一个内联的匿名函子来替换结构f。对于小的简单示例,这样读起来更干净(它将所有内容都放在一个地方),维护起来也可能更简单,例如以最简单的形式:

void func3(std::vector<int>& v) {
  std::for_each(v.begin(), v.end(), [](int) { /* do something here*/ });
}

Lambda函数只是匿名函子的语法糖。

返回类型

在简单的情况下,lambda的返回类型是为您推导的,例如:

void func4(std::vector<double>& v) {
  std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(),
                 [](double d) { return d < 0.00001 ? 0 : d; }
                 );
}

然而,当您开始编写更复杂的lambda时,您将很快遇到编译器无法推断返回类型的情况,例如:

void func4(std::vector<double>& v) {
    std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(),
        [](double d) {
            if (d < 0.0001) {
                return 0;
            } else {
                return d;
            }
        });
}

要解决此问题,您可以使用->T显式指定lambda函数的返回类型:

void func4(std::vector<double>& v) {
    std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(),
        [](double d) -> double {
            if (d < 0.0001) {
                return 0;
            } else {
                return d;
            }
        });
}

“捕获”变量

到目前为止,除了在lambda中传递给lambda之外,我们还没有使用其他变量,但我们也可以在lambda内使用其他变量。如果您想访问其他变量,可以使用capture子句(表达式的[]),该子句在这些示例中尚未使用,例如:

void func5(std::vector<double>& v, const double& epsilon) {
    std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(),
        [epsilon](double d) -> double {
            if (d < epsilon) {
                return 0;
            } else {
                return d;
            }
        });
}

您可以通过引用和值捕获,可以分别使用&和=指定:

[&epsilon,zeta]通过引用获取epsilon并通过值获取zeta[&]通过引用捕获lambda中使用的所有变量[=]按值捕获lambda中使用的所有变量[&,epsilon]通过引用捕获lambda中使用的所有变量,但通过值捕获epsilon[=,&epsilon]通过值捕获lambda中使用的所有变量,但通过引用捕获epsilon

默认情况下,生成的运算符()是常量,这意味着当您默认访问捕获时,捕获将是常量。这样做的效果是,使用相同输入的每个调用都会产生相同的结果,但是您可以将lambda标记为可变,以请求生成的运算符()不是常量。

什么是lambda函数?

lambda函数的C++概念起源于lambda演算和函数编程。lambda是一个未命名的函数,对于不可能重用且不值得命名的短代码片段非常有用(在实际编程中,而不是理论上)。

在C++中,lambda函数的定义如下

[]() { } // barebone lambda

或在它所有的荣耀

[]() mutable -> T { } // T is the return type, still lacking throw()

[]是捕获列表,()是参数列表,{}是函数体。

捕获列表

捕获列表定义了lambda外部的哪些内容应该在函数体内部可用,以及如何使用。它可以是:

a值:[x]参考[&x]通过引用[&]当前作用域中的任何变量与3相同,但按值[=]

您可以在逗号分隔的列表[x,&y]中混合上述任何一项。

参数列表

参数列表与任何其他C++函数中的参数列表相同。

功能体

实际调用lambda时将执行的代码。

退货类型扣除

如果lambda只有一个return语句,则可以省略返回类型,并具有decltype(return_statement)的隐式类型。

可变的

如果lambda标记为可变(例如[]()mutable{}),则允许对值捕获的值进行变异。

用例

ISO标准定义的库从lambdas中受益匪浅,并将可用性提高了几级,因为现在用户不必在某些可访问范围内使用小函子来扰乱代码。

C++14

在C++14中,各种提议扩展了lambdas。

已初始化Lambda捕获

捕获列表的元素现在可以用=初始化。这允许重命名变量并通过移动进行捕获。标准示例:

int x = 4;
auto y = [&r = x, x = x+1]()->int {
            r += 2;
            return x+2;
         }();  // Updates ::x to 6, and initializes y to 7.

还有一张来自维基百科,展示了如何使用std::move:

auto ptr = std::make_unique<int>(10); // See below for std::make_unique
auto lambda = [ptr = std::move(ptr)] {return *ptr;};

通用Lambdas

Lambdas现在可以是通用的(如果T是周围范围中的某个类型模板参数):

auto lambda = [](auto x, auto y) {return x + y;};

改进的回报类型扣除

C++14允许为每个函数推导返回类型,并且不将其限制为返回表达式形式的函数;。这也扩展到lambdas。

答案

Q: C++11中的lambda表达式是什么?

A: 实际上,它是带有重载运算符()常量的自动生成类的对象。这种对象称为闭包,由编译器创建。这个“闭包”概念与C++11中的绑定概念相近。但lambdas通常生成更好的代码。通过闭包的调用允许完全内联。

Q: 我什么时候用?

A: 要定义“简单而小的逻辑”,请编译器根据前面的问题进行生成。你给编译器一些表达式,你想在operator()里面。编译器将为您生成所有其他内容。

Q: 他们解决了哪类在介绍之前不可能解决的问题?

A: 这是一种语法糖,类似于运算符重载,而不是用于自定义添加、子轻触操作的函数。。。但它节省了更多不需要的代码行,以便将1-3行实际逻辑包装到某些类中,等等。!一些工程师认为,如果行数较少,那么出错的机会就会减少(我也这么认为)

用法示例

auto x = [=](int arg1){printf("%i", arg1); };
void(*f)(int) = x;
f(1);
x(1);

关于lambdas的附加信息,问题不涉及。如果您不感兴趣,请忽略此部分

1.捕获的值。您可以捕获的内容

1.1.可以引用静态存储持续时间为lambda的变量。他们都被抓住了。

1.2.您可以使用lambda“按值”捕获值。在这种情况下,捕获的vars将被复制到函数对象(闭包)。

[captureVar1,captureVar2](int arg1){}

1.3.你可以捕捉参考在此上下文中,指的是引用,而不是指针。

   [&captureVar1,&captureVar2](int arg1){}

1.4.存在通过值或引用捕获所有非静态变量的符号

  [=](int arg1){} // capture all not-static vars by value

  [&](int arg1){} // capture all not-static vars by reference

1.5.存在通过值或引用捕获所有非静态变量并指定smth的符号。更多示例:通过值捕获所有非静态变量,而是通过引用捕获Param2

[=,&Param2](int arg1){} 

通过引用而不是通过值捕获Param2捕获所有静态变量

[&,Param2](int arg1){} 

2.退货类型扣除

2.1.如果Lambda是一个表达式,则可以推断出Lambda返回类型。或者可以显式指定它。

[=](int arg1)->trailing_return_type{return trailing_return_type();}

如果lambda有多个表达式,则必须通过尾随返回类型指定返回类型。同样,类似的语法也可以应用于自动函数和成员函数

3.捕获的值。您无法捕获的内容

3.1.您只能捕获本地变量,而不能捕获对象的成员变量。

4.转换

4.1 !! Lambda不是函数指针,也不是匿名函数,但无捕获Lambda可以隐式转换为函数指针。

附笔

有关lambda语法信息的更多信息,请参阅编程语言C++#337的工作草案,2012-01-16,5.1.2。Lambda表达式,第88页在C++14中,添加了名为“init capture”的额外功能。它允许任意声明闭包数据成员:auto-toFloat=[](int值){return float(value);};自动插值=[min=toFloat(0),max=toFlat(255)](int值)->float{return(value-min)/(max-min);};

嗯,我发现的一个实际用途是减少锅炉板代码。例如:

void process_z_vec(vector<int>& vec)
{
  auto print_2d = [](const vector<int>& board, int bsize)
  {
    for(int i = 0; i<bsize; i++)
    {
      for(int j=0; j<bsize; j++)
      {
        cout << board[bsize*i+j] << " ";
      }
      cout << "\n";
    }
  };
  // Do sth with the vec.
  print_2d(vec,x_size);
  // Do sth else with the vec.
  print_2d(vec,y_size);
  //... 
}

如果没有lambda,您可能需要为不同的bsize情况做一些事情。当然,你可以创建一个函数,但如果你想将使用限制在soul用户函数的范围内呢?lambda的性质满足这一要求,我将其用于这种情况。