当前位置：首页 > news >正文

C++11：lambda表达式

news 来源：原创 2025/6/7 22:25:58

lambda表达式是C++11的一个非常重要的一个语法，可以帮助我们简介代码，如果说右值引用是减轻了编译器的负担，那么lambda表达式就是减轻了程序员写代码的负担。

一、C++98的一些问题

在C++98中，如果想要对一个数据集合中的元素进行排序，可以使用std::sort方法C++提供了仿函数less和greater 可以去控制sort是升序还是降序。

#include <algorithm>
#include <functional>
int main()
{
int array[] = {4,1,8,5,3,7,0,9,2,6};
// 默认按照小于比较，排出来结果是升序
std::sort(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));
// 如果需要降序，需要改变元素的比较规则
std::sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]), greater<int>());
return 0;
}

但是如果待排序的元素是自定义类型，那么我们需要自己去针对性地写一个符合我们需求的仿函数传过去

struct Goods
{
string _name; // 名字
double _price; // 价格
int _evaluate; // 评价
Goods(const char* str, double price, int evaluate)
:_name(str)
, _price(price)
, _evaluate(evaluate)
{}
};
struct ComparePriceLess
{
bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
{
return gl._price < gr._price;
}
};
struct ComparePriceGreater
{
bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
{
return gl._price > gr._price;
}
};
int main()
{
vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,
3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };
sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());
sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());
}

随着C++语法的发展，人们开始觉得上面的写法太复杂了，每次为了实现一个algorithm算法，都要重新去写一个类，如果每次比较的逻辑不一样，还要去实现多个类，特别是相同类的命名，这些都给编程者带来了极大的不便（1、想要知道传的是什么仿函数，不方便找。2、命名如果不规范，可读性差）。因此，在C++11语法中出现了Lambda表达式用来解决这样的问题。

二、lambda表达式的语法

lambda表达式书写格式：[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement}

（1）[capture-list] : 捕捉列表，该列表总是出现在lambda函数的开始位置，编译器根据[]来
判断接下来的代码是否为lambda函数，捕捉列表能够捕捉上下文中的变量供lambda
函数使用。
（2）(parameters)：参数列表。与普通函数的参数列表一致，如果不需要参数传递，则可以
连同()一起省略

（3）mutable：默认情况下，lambda函数总是一个const函数，mutable可以取消其常量
性。使用该修饰符时，参数列表不可省略(即使参数为空）

（4）->returntype：返回值类型。用追踪返回类型形式声明函数的返回值类型，没有返回
值时此部分可省略。返回值类型明确情况下，也可省略，由编译器对返回类型进行推
导。

（5）{statement}：函数体。在该函数体内，除了可以使用其参数外，还可以使用所有捕获
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可以为
空。mutable一般用的很少。因此C++11中最简单的lambda函数为：[]{}; 该lambda函数不能做任何事情。

三深入分析捕捉列表

3.1 捕获列表基本用法

如果我们要实现一个lambda表达式的交换函数，那么我们可以很容易的通过传引用去交换两个对应的参数

int main{
	int x = 0, y = 1;
	int m = 0, n = 1;

	auto swap1 = [](int& rx, int& ry)
		{
			int tmp = rx;
			rx = ry;
			ry = tmp;
		};

	swap1(x, y);
	cout << x << " " << y << endl;
}

我们尝试用捕捉列表来解决这个问题

int main()
{
	int x = 0, y = 1;
	int m = 0, n = 1;

	auto swap1 = [](int& rx, int& ry)
		{
			int tmp = rx;
			rx = ry;
			ry = tmp;
		};

	swap1(x, y);
	cout << x << " " << y << endl;
	// 传值捕捉
	auto swap2 = [x, y]() mutable
	{
		int tmp = x;
		x = y;
		y = tmp;
	};

	swap2();
	cout << x << " " << y << endl;

	 //引用捕捉
	auto swap3 = [&x, &y]()
		{
			int tmp = x;
			x = y;
			y = tmp;
		};
	swap3();
	cout << x << " " << y << endl;
}

3.2 捕获列表的进阶用法

[var]：表示值传递方式捕捉变量var（默认是const）
[=]：表示值传递方式捕获所有父作用域中的变量(包括this)

[&var]：表示引用传递捕捉变量var
[&]：表示引用传递捕捉所有父作用域中的变量(包括this)
[this]：表示值传递方式捕捉当前的this指针

注意事项：

a. 父作用域指包含lambda函数的语句块
b. 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]：以引用传递的方式捕捉变量a和b，值传递方式捕捉其他所有变量
[&，a, this]：值传递方式捕捉变量a和this，引用方式捕捉其他变量
c. 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

d. 在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空。（写在函数体外）
e. 在块作用域中的lambda函数仅能捕捉父作用域中局部变量（现在已经改成只要变量在lambda函数定义的词法作用域内可见，比如爷爷作用域，就可以被捕获），捕捉任何非此作用域或者非局部变量都会导致编译报错。（全局变量或者是其他作用域的变量）
f. lambda表达式之间不能相互赋值，即使看起来类型相同（要了解底层原理！）

void (*PF)();
int main()
{
auto f1 = []{cout << "hello world" << endl; };
auto f2 = []{cout << "hello world" << endl; };
// 此处先不解释原因，等lambda表达式底层实现原理看完后，大家就清楚了
//f1 = f2; // 编译失败--->提示找不到operator=()
// 允许使用一个lambda表达式拷贝构造一个新的副本
auto f3(f2);
f3();
// 可以将lambda表达式赋值给相同类型的函数指针
PF = f2;
PF();
return 0;
}

四、lambda表达式替换仿函数

int main()
{
	vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,
	3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };
	//写法一：构造出这个对象再传
	auto priceless = [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
		return g1._price < g2._price; };
	sort(v.begin(), v.end(), priceless);
	//写法2：直接传匿名对象
	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._evaluate < g2._evaluate; });
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
		return g1._evaluate > g2._evaluate; });
}

仿函数确实能够解决这里的问题，但可能仿函数的定义位置可能和使用仿函数的地方隔得比较远，这就要求仿函数的命名必须要通俗易懂，否则会降低代码的可读性。

对于这种场景就比较适合使用lambda表达式，我们可以发现其实lambda表达式本身就类似是一个匿名对象。

五、函数对象与lambda表达式（底层）

问题引入：为什么两个看起来完全相同的lambda对象不能相互赋值呢？？？

class Rate

{

public:
 Rate(double rate): _rate(rate)
 {}
 double operator()(double money, int year)
 { return money * _rate * year;}

private:
 double _rate;
};

int main()
{
 // 函数对象

 double rate = 0.49;
 Rate r1(rate);
 r1(10000, 2);
 // lamber

 auto r2 = [=](double monty, int year)->double{return monty*rate*year; 
};
 r2(10000, 2);
 return 0;
}

——>其实仿函数使用起来和lambda表达式的效果是一样的，其实对于编译器来说，并没有什么lambda表达式，其实在他眼里也是仿函数（就跟他眼里没有范围for而只有迭代器一样），实际在底层编译器对于lambda表达式的处理方式，完全就是按照函数对象的方式处理的，即：如果定义了一个lambda表达式，编译器会自动生成一个类，在该类中重载了operator()。（就跟模版一样，将生成具体类的工作交给编译器完成）！！

其实lanbda后面部分是以lambda_uuid作为类名，他是一种在机器内生成一个唯一标识的字符串！！！所以他存在的意义就是帮我们给这个类起一个名字，为了防止名字重复，就使用了uuid这个唯一标识，所以这也是为什么两个看起来完全一样的lambda表达式无法相互赋值，那是因为在编译器眼里他俩类名都不一样！！自然是两个不同的类！！

六、lambda和thread的配合使用

在以前使用pthread的时候，我们在给线程传递函数的时候他是个void*类型，由于很多情况下需要多个参数，所以我们需要写一个结构体然后把参数当成他的成员变量，然后在函数中再进行解引用取出来，这样无疑是非常麻烦的！！

而现如今我们有了thread这个面向对象的类，他的构造方法里使用了模版参数包和万能引用，就是说无论你想传参数的是左值还是右值，我都能接得住，你尽管传就好了！！

而关于方法的传递，不仅可以是仿函数、函数指针，还可以是lambda表达式！！

常规用法：我们可以传一个函数指针

void Func(int n, int num)
{
	for (int i = 0; i < n; i++)
	{
		cout <<num<<":" << i << endl;
	}
	cout << endl;
}

int main()
{
	int n1, n2;
	cin >> n1>>n2;
	thread t1(Func, n1, 1);
	thread t2(Func, n2, 2);

	t1.join();
	t2.join();

	return 0;
}

而现在我们可以传一个lambda表达式显然是更爽的，因为他不仅可以方便我们看到函数的实现，也可以直接将一些需要使用的参数直接进行捕获！！

int main()
{
	// 20:20继续
	int n1, n2;
	cin >> n1 >> n2;
	thread t1([n1](int num)
		{
			for (int i = 0; i < n1; i++)
			{
				cout <<num<<":" << i << endl;
			}
			cout << endl;
		}, 1);
	thread t2([n2](int num)
		{
			for (int i = 0; i < n2; i++)
			{
				cout << num << ":" << i << endl;
			}
			cout << endl;
		}, 2);
	t1.join();
	t2.join();
	return 0;
}

问题：我们会发现上图两份代码是几乎一样的，那假设我们有多个线程呢？？有没有什么更快速的方法呢？？

——>一方面我们可以直接把lanbda对象定义出来，但是这样的话就必须一开始就把他给写死，所有的线程都必须使用相同的代码

还有一种方法是利用容器存储起来，然后再使用移动赋值！（线程池用的比较多）

int main()
{
	size_t m;
	cin >> m;
	vector<thread> vthds(m);

	// 要求m个线程分别打印n
	for (size_t i = 0; i < m; i++)
	{
		size_t n;
		cin >> n;

		vthds[i] = thread([i, n, m]() {
			for (int j = 0; j < n; j++)
			{
				cout << i << ":" << j << endl;
			}
			cout << endl;
			});
	}
	for (auto& t : vthds)//必须用引用，因为thread不支持拷贝
	{
		t.join();
	}
	return 0;
}