C++基础：Stanford CS106L学习笔记 11 Lambdas表达式-编程阁

11.1 函数和Lambdas表达式

11.1.1 函数作为谓词

谓词是一个布尔值函数。

加上谓词的模板

// 一般情况template<typenameIt>Itfind(It first,It last,????pred){for(autoit=first;it!=last;++it){if(pred(*it))returnit;}returnlast;}// 加上谓词的模板// Pred：我们谓词的类型。编译器会通过隐式实例化帮我们弄清楚这一点！template<typenameIt,typename Pred>// find_if函数新名字，pred：我们的谓词，作为参数传递Itfind_if(It first,It last,Pred pred){for(autoit=first;it!=last;++it){// 我们正在对每个元素调用我们的谓词。一旦找到一个匹配的，我们就返回。if(pred(*it))returnit;}returnlast;}

使用：

// 案例1boolisVowel(charc){c=toupper(c);returnc=='A'||c=='E'||c=='I’||c=='O'||c=='U’;}std::string corlys="Lord of the Tides";autoit=find_if(corlys.begin(),corlys.end(),isVowel);*it='0';// “L0rd of the Tides”// 案例2boolisPrime(size_t n){if(n<2)returnfalse;for(size_t i=3;i<=std::sqrt(n);i++)if(n%i==0)returnfalse;returntrue;}std::vector<int>ints={1,0,6};autoit=find_if(ints.begin(),ints.end(),isPrime);assert(it==ints.end());

传递函数使我们能够用用户定义的行为来泛化算法。

Pred是一个函数指针。

find_if(corlys.begin(),corlys.end(),isVowel);// Pred = bool(*)(char) 函数返回布尔类型，函数指针，接受一个char类型作为参数find_if(ints.begin(),ints.end(),isPrime);// Pred = bool(*)(int)

但是，函数指针的泛化性差：

boollessThan5(intx){returnx<5;}boollessThan6(intx){returnx<6;}boollessThan7(intx){returnx<7;}find_if(begin,end,lessThan5);find_if(begin,end,lessThan6);find_if(begin,end,lessThan7);

11.1.2 Lambda函数

Lambda函数是从封闭作用域捕获状态的函数。

先明确两个关键概念

Lambda 函数：本质是编程语言中一种匿名、轻量级的函数（没有正式函数名，代码简洁），常见于 Python、Java、C++ 等语言，多用于临时需要一个简单函数的场景（比如排序、过滤数据）。
封闭作用域：指定义 Lambda 函数的 “外部环境”—— 比如 Lambda 在一个普通函数内部定义，那么这个普通函数的作用域（包含其中的变量、参数等）就是 Lambda 的 “封闭作用域”。

核心：“捕获状态” 的含义

“捕获状态” 即 Lambda 函数能访问并使用封闭作用域中的变量 / 数据，而不是只能用自身参数或全局变量。这是 Lambda 区别于 “纯局部函数” 的关键 —— 它像 “记住了自己诞生时的环境”，能把外部环境的 “状态”（变量值等）“带在身上” 使用。

intn;std::cin>>n;autolessThanN=[n](intx){returnx<n;};find_if(begin,end,lessThanN);

autolambda=[capture-values](arguments){returnexpression;}[x](arguments)// captures x by value (makes a copy)[x&](arguments)// captures x by reference[x,y](arguments)// captures x, y by value[&](arguments)// captures everything by reference[&,x](arguments)// captures everything except x by reference[=](arguments)// captures everything by value

Lambda函数也可以没有捕获参数。

std::stringcorlys="Lord of the tides";autoit=find_if(corlys.begin(),corlys.end(),[](autoc){c=toupper(c);returnc=='A'||c=='E'||c=='I'||c=='O'||c=='U’;});

此时，编译器就会自动为auto生成模板

autolessThanN=[n](autox){returnx<n;};// 编译器转化为：template<typenameT>autolessThanN=[n](T x){returnx<n;};

11.1.3 函子(functor)

定义：函子(functor)是任何定义了operator()运算符的对象。

实例：

template<typenameT>structstd::greater{booloperator()(constT&a,constT&b)const{returna>b;}};std::greater<int>g;g(1,2);// false

template<>// 这是对MyType类型的模板特化，也是为自定义类型创建哈希函数的方法之一structstd::hash<MyType>{size_toperator()(constMyType&v)const{// Crazy, theoretically rigorous hash function// approved by 7 PhDs and Donald Knuth goes herereturn...;}};MyType m;std::hash<MyType>hash_fn;hash_fn(m);// 125123201 (for example)

由于函子是对象，所以也有状态

structmy_functor{booloperator()(inta)const{returna*value;}// 状态int value;};my_functor f;f.value=5;f(10);// 50

当使用Lambda函数时，函子类型就生成了

当使用范围for时，迭代器类型就生成了

可以将一段代码转换成背后更为详细的代码。
实用网站：cpp代码的背后
当使用范围for时，迭代器类型就生成了：

同理，当使用Lambda函数时，函子类型就生成了（语法糖罢了）：

std::function 是函数 /lambda 表达式的一种通用类型

任何函数对象 /lambda 表达式 / 函数指针都可以被转换为该类型
它的速度会稍慢一些
我通常会使用 auto 模板，而不用担心类型问题！

std::function<bool(int,int)>less=std::less<int>{};std::function<bool(char)>vowel=isVowel;std::function<int(int)>twice=[](intx){returnx*2;};

std::function<bool(int, int)> less = std::less<int>{}：用std::function存储标准库中的less仿函数（比较两个 int 大小）
std::function<bool(char)> vowel = isVowel：存储自定义函数isVowel（判断字符是否为元音）
std::function<int(int)> twice = [](int x) { return x * 2;}：存储 lambda 表达式（实现整数翻倍功能）

11.2 算法<algorithm>

<algorithm>是一组模板函数的集合

<algorithm>是 C++ 标准库的核心头文件之一，其核心作用是提供通用的算法工具集，这些工具本质上就是通过预设逻辑实现对数据的 “检查（inspect）” 与 “转换（transform）”，无需开发者重复编写底层逻辑。

11.3 Ranges&View

11.3.1 ranges（c++20）

范围（Ranges）是标准模板库（STL）的一个新版本。

范围：范围是任何具有起点和终点的事物。

intmain(){std::vector<char>v={'a','b','c','d','e’};autoit=std::ranges::find(v,'c');}

intmain(){std::vector<char>v={'a','b','c','d','e'};// Search from 'b' to 'd’autofirst=v.begin()+1;autolast=v.end()-1;autoit=std::ranges::find(first,last,'c');}

concept约束特性：

template<classT>// 通过 concept 定义，要求类型 T 必须有begin()和end()方法，即能获取起始和结束迭代器conceptrange=requires(T&t){ranges::begin(t);ranges::end(t);};template<classT>// 是一种特殊的范围，其迭代器必须满足输入迭代器（input iterator）的要求conceptinput_range=ranges::range<T>&&std::input_iterator<ranges::iterator_t<T>>;// 以find算法为例，它明确使用了input_range概念来约束参数，确保传入的范围符合算法的使用要求template<ranges::input_range R,classT,classProj=std::identity>borrowed_iterator_t<R>find(R&&r,constT&value,Proj proj={});

11.3.2 views（c++20）

视图(Views)：一种组合算法的方式

视图是一个范围，它延迟地适配另一个范围。

std::vector<char>v={'a','b','c','d','e'};// Filter -- Get only the vowelsstd::vector<char>f;std::copy_if(v.begin(),v.end(),std::back_inserter(f),isVowel);// Transform -- Convert to uppercasestd::vector<char>t;std::transform(f.begin(),f.end(),std::back_inserter(t),toupper);// { 'A', 'E' }/////////////////////////////////////////////// 用viewstd::vector<char>letters={'a','b','c','d','e'};autof=std::ranges::views::filter(letters,isVowel);//f 是一个视图！它接收一个底层范围 letters// 并生成一个只包含元音的新范围！autot=std::ranges::views::transform(f,toupper);//t 是一个视图！它接收一个底层范围 f// 并生成一个包含大写字符的新范围！autovowelUpper=std::ranges::to<std::vector<char>>(t);

我们可以使用运算符 | 将视图链接在一起

std::vector<char>letters={'a','b','c','d','e'};std::vector<char>upperVowel=letters|std::ranges::views::filter(isVowel)|std::ranges::views::transform(toupper)|std::ranges::to<std::vector<char>>();// upperVowel = { 'A', 'E' }

11.3.3 Ranges&Views

ranges是立即执行的！

// This actually sorts vec, RIGHT NOWWW!!!!std::ranges::sort(v);

C++20 中引入的std::ranges::views的 “惰性 (lazy)” 特性：

**惰性求值 (Lazy Evaluation)**：std::ranges::views不会立即执行操作，而是在真正需要结果时才会计算。这与立即执行的算法形成对比，后者会马上处理数据并生成新容器。
代码解析：

letters | views::filter(isVowel) | views::transform(toupper)只是创建了一个 “视图”，定义了要执行的操作序列，但并未实际执行。
只有当调用std::ranges::to<std::vector<char>>(view)时，才会真正执行过滤和转换操作，生成包含大写元音字母的向量。

你可能会喜欢范围 / 视图的原因？

✅ 少担心迭代器

✅ 受约束的算法意味着更好的错误消息

✅ 超级易读的函数式语法

你可能会不喜欢范围 / 视图的原因？

❌ 它们非常新，尚未完全具备所有功能

❌ 缺乏编译器支持

❌ 与手工编写的版本相比性能有所下降