C/C++知识积累-Lambda表达式

目录

定义

语法结构

常见捕获列表

常见使用场景

Lambda的本质

Lambda的发展和问题

定义

C++中的Lambda表达式是C++11引入的新特性，允许在代码中定义匿名函数。简单而言，他就是一个匿名函数对象，通常用于简单、不需要复用、或者需要访问当前上下文变量的场景。

语法结构

Lambda表达式完整语法如下：

[捕获列表](参数类型) mutable 异常属性 -> 返回类型 {函数体}

1. [捕获列表]，这时Lambda核心。它定义了Lambda表达式函数体内部可以访问外部作用域中哪些变量，以及如何访问。
2. (参数类型)，相当于正常函数的参数列表。
3. mutable可选。默认情况下，通过“值捕获”进来的变量都是只读的（const）。加上mutable后，才可以修改他们。但注意这里修改的是Lambda内部的拷贝值，外部值并不会实际修改。可以理解为正常情况下形参加了const修饰，加入mutable形参没有const修饰，但仍是形参。
4. 异常属性绝大多数指的是noexcept，这个之前聊过就是向编译器和程序员承诺，这个函数不会抛出异常，常用于性能优化时添加。（编译器优化，生成更精简的指令；移动语义，实现“移动数据”而不是“拷贝数据”）。
5. -> 返回类型。这相当于显示告知编译器该函数的返回类型，但一般可省略，因为编译器会根据返回的值自动推导出返回类型和auto类似。常用于编译器推导不出、强制类型转换和返回引用时（Lambda默认返回的是“值”（拷贝））。

大部分情况下，都会是[捕获列表] （mutable根据需要）（参数类型）{函数体}的形式，异常属性和-> 返回类型都是省略不写的。

常见捕获列表

常见使用场景

1.场景一：配合STL一起使用。

#include<vector> #include <iostream> int main() { std::vector<int> v = {4, 3, 2, 1, 5}; std::sort(v.begin(), v.end()); //默认情况下是从小到大排序 for (int i : v) { std::cout << i << " "; } std::cout << std::endl; //使用Lambda表达式进行自定义排序 std::sort(v.begin(), v.end(), [](int a, int b) { return a > b; // 从大到小排序 }); for (int i : v) { std::cout << i << " "; } std::cout << std::endl; return 0; }

2.场景二：捕获外部变量同时不想传一堆参数时。

#include<vector> #include <iostream> int main() { std::vector<int> v = {4, 3, 2, 1, 5}; std::sort(v.begin(), v.end()); int value = 2; //通过Lambda找出第一个大于2的元素 auto it = std::find_if(v.begin(), v.end(), [value](int x) { return x > value; }); if (it != v.end()) { std::cout << "First number > " << value << " is " << *it << std::endl; } return 0; }

3.场景三：mutable关键字的使用。

#include <iostream> int main() { int x = 5; // 按值捕获 x。如果没有 mutable， x++ 会报错 auto f = [x]() mutable { x++; std::cout << "x Value: " << x << std::endl; }; f(); f(); std::cout << "Outside: " << x << std::endl; // 输出 Outside: 5 (外部变量未变) return 0; }

Lambda的本质

在C++编译器眼中，Lambda表达式本质是一个匿名的“仿函数”对象。

例如当写下以下代码时，

int a = 10; auto f = [a](int x) { return a + x; };

编译器会自动生成匿名类，类似于：

class __AnonymousLambda { private: int m_a; // 对应捕获列表 [a] public: __AnonymousLambda(int a) : m_a(a) {} // 构造函数 // 对应函数体，参数列表 int operator()(int x) const { return m_a + x; } };

这就是为什么Lambda可以拥有状态，也可以当作参数传递。

Lambda的发展和问题

C++14增强了Lambda表达式，允许在参数列表中使用auto，使得lambda更加灵活，类似于模版函数，如下所示：

auto add = [](auto x, auto y) { return x + y; } std::cout << add(1, 2) << std::endl; // int相加，输出 3 std::cout << add(1.5, 2.5) << std::endl; // double相加，输出 4.0 std::cout << add(std::string("Hi "), "C++"); // string相加

同时，在使用Lambda时，要注意可能出现的问题，Lambda的生命周期。

当使用了引用捕获，而Lambda的生命周期长于被捕获变量的生命周期（比如在一个函数中返回了一个 Lambda，该 Lambda 引用了函数内的局部变量），这会导致悬垂引用，进而引发程序崩溃。

错误实例如下：

std::function<void()> getPrinter() { int value = 42; // 错误！引用捕获了局部变量 value // 当 getPrinter 返回时，value 被销毁，Lambda 内部持有了无效引用 return [&]() { std::cout << value << std::endl; }; }

这种情况下，将引用捕获[&]改成值捕获[=]或者[value]即可。