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C++11 ——— lambda表达式

news 2025/9/2 5:44:42

lambda表达式概念

lambda表达式语法

捕捉列表

lambda的使用

lambda的原理

lambda表达式概念

ambda表达式是一个匿名函数，恰当使用lambda表达式可以让代码变得简洁，并且可以提高代码的可读性。

举个例子

商品类Goods的定义如下：

struct Goods
{string _name;  //名字double _price; //价格int _num;      //数量
};

现在要对若干商品分别按照价格和数量进行升序、降序排序

要对一个数据集合中的元素进行排序，可以使用sort函数，但由于这里待排序的元素为自定义类型，因此需要用户自行定义排序时的比较规则。
要控制sort函数的比较方式常见的有两种方法，一种是对商品类的的()运算符进行重载，另一种是通过仿函数来指定比较的方式。
显然通过重载商品类的()运算符是不可行的，因为这里要求分别按照价格和数量进行升序、降序排序，每次排序就去修改一下比较方式是很笨的做法。

所以这里选择传入仿函数来指定排序时的比较方式。比如：

struct ComparePriceLess
{bool operator()(const Goods& g1, const Goods& g2){return g1._price < g2._price;}
};
struct ComparePriceGreater
{bool operator()(const Goods& g1, const Goods& g2){return g1._price > g2._price;}
};
struct CompareNumLess
{bool operator()(const Goods& g1, const Goods& g2){return g1._num < g2._num;}
};
struct CompareNumGreater
{bool operator()(const Goods& g1, const Goods& g2){return g1._num > g2._num;}
};
int main()
{vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 300 }, { "香蕉", 3.3, 100 }, { "橙子", 2.2, 1000 }, { "菠萝", 1.5, 1 } };sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());    //按价格升序排序sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater()); //按价格降序排序sort(v.begin(), v.end(), CompareNumLess());      //按数量升序排序sort(v.begin(), v.end(), CompareNumGreater());   //按数量降序排序return 0;
}

但这里仿函数也不那么优雅，现实生活中排序可以是价格，也可能是商品上架时间，销量，评分等等，每一种都要实现大于小于的仿函数，那么一共可能有10多个。

对于这种场景就比较适合使用lambda表达式。比如：

int main()
{vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 300 }, { "香蕉", 3.3, 100 }, { "橙子", 2.2, 1000 }, { "菠萝", 1.5, 1 } };sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2){return g1._price < g2._price; }); //按价格升序排序sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2){return g1._price > g2._price;}); //按价格降序排序sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2){return g1._num < g2._num;}); //按数量升序排序sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2){return g1._num > g2._num;}); //按数量降序排序return 0;
}

这样一来，每次调用sort函数时只需要传入一个lambda表达式指明比较方式即可，阅读代码的人一看到lambda表达式就知道本次排序的比较方式是怎样的，提高了代码的可读性。

lambda表达式语法

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

各部分说明

[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。
(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。
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）。
->return-type：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以省略。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。
{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。

lambda函数的参数列表和返回值类型都是可选部分，但捕捉列表和函数体是不可省略的，因此最简单的lambda函数如下：

int main()
{[]{}; //最简单的lambda表达式return 0;
}

该lambda函数不能做任何事情。

捕捉列表

lambda表达式中默认只能使用函数体和参数中的变量，如果想用外层作用域中的变量就需要进行捕捉。

第一种捕捉方式是在捕捉列表中显示地传值捕捉和传引用捕捉，捕捉的多个变量用逗号分隔。[x, y, &z]表示x和y是值捕捉，z是引用捕捉。

int main()
{// 	只能用当前lambda局部域和捕捉的对象和全局对象int a = 0, b = 1, c = 2, d = 3;auto func1 = [a, &b]{//值捕捉的变量不能修改，引用捕捉的变量可以修改//a++;b++;int ret = a + b;return ret;};cout << func1() << endl;return 0;
}

第⼆种捕捉方式是在捕捉列表中隐式捕捉，我们在捕捉列表写⼀个=表示隐式值捕捉，在捕捉列表写⼀个&表示隐式引用捕捉，这样我们 lambda 表达式中用了那些变量，编译器就会自动捕捉那些变量。

int main()
{//	隐式值捕捉// 用了哪些变量就捕捉哪些变量auto func2 = [=]{int ret = a + b + c;return ret;};cout << func2() << endl;//隐式引⽤捕捉// 用了哪些变量就捕捉哪些变量auto func3 = [&]{a++;c++;d++;};func3();cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;return 0;
}

第三种捕捉方式是在捕捉列表中混合使用隐式捕捉和显示捕捉。[=, &x]表示其他变量隐式值捕捉，x引用捕捉；[&, x, y]表示其他变量引用捕捉，x和 y值捕捉。当使用混合捕捉时，第一个元素必须是 &或 =，并且 &混合捕捉时，后面的捕捉变量必须是值捕捉，同理 =混合捕捉时，后面的捕捉变量必须是引用捕捉。

int main()
{//混合捕捉1auto func5 = [=, &a, &b]{a++;b++;/*c++;d++;*/return a + b + c + d;};func5();cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;return 0;
}

lambda表达式如果在函数局部域中，它可以捕捉lambda位置之前定义的变量，不能捕捉静态局部变量和全局变量，静态局部变量和全局变量也不需要捕捉，可以直接使用。这也意味着lambda表达式中可以直接使用静态局部变量和全局变量。lambda表达式如果定义在全局位置，捕捉列表必须为空。
默认情况下，lambda捕捉列表是被const修饰的，也就是说传值捕捉过来的对象不能修改。mutable加在参数列表的后面可以取消其常量性，也就是说使用该修饰符后，传值捕捉的对象就可以修改了，但是修改的还是形参对象，不会影响实参。使用该修饰符后，参数列表不可省略（即使参数为空）。

int x;int main()
{// 	局部的静态和全局变量不能捕捉，也不需要捕捉static int m = 0;auto func6 = []{int ret = x + m;return ret;};//传值捕捉本质是⼀种拷贝并且被const修饰了// mutable相当于去掉const属性可以修改了// 但是修改了不会影响外⾯被捕捉的值，因为是⼀种拷⻉auto func7 = [=]()mutable{a++;b++;c++;d++;return a + b + c + d;};cout << func7() << endl;cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;return 0;
}

lambda的使用

如果要用lambda表达式交换两个数

参数列表中包含两个形参，表示需要交换的两个数，注意需要以引用的方式传递。比如：

int main()
{int a = 10, b = 20;auto Swap = [](int& x, int& y)->void{int tmp = x;x = y;y = tmp;};Swap(a, b); //交换a和breturn 0;
}

说明一下：

lambda表达式是一个匿名函数，该函数无法直接调用，如果想要直接调用，可借助auto将其赋值给一个变量，此时这个变量就可以像普通函数一样使用。
lambda表达式的函数体在格式上并不是必须写成一行，如果函数体太长可以进行换行，但换行后不要忘了函数体最后还有一个分号。

lambda的原理

lambda的原理和范围for很像，编译后从汇编指令层的角度看，压根就没有lambda和范围for这样的东西。范围for底层是迭代器，而lambda底层是仿函数对象，也就是说我们写了一个lambda以后，编译器会生成一个对应的仿函数的类。
仿函数的类名是编译按一定规则生成的，保证不同的lambda生成的类名不同。lambda参数/返回类型/函数体就是仿函数operator()的参数/返回类型/函数体。lambda的捕捉列表本质是生成的仿函数类的成员变量，也就是说捕捉列表的变量都是lambda类构造函数的实参。当然隐式捕捉时，编译器会根据实际使用哪些变量来决定传递哪些对象。
上面的原理，我们可以透过汇编层了解一下，下面第二段汇编层代码印证了上面的原理。

class Rate
{
public:Rate(double rate): _rate(rate){}double operator()(double money, int year){return money * _rate * year;}
private:double _rate;
};
int main()
{double rate = 0.49;// lambdaauto r2 = [rate](double money, int year) {return money * rate * year;};// 函数对象Rate r1(rate);r1(10000, 2);r2(10000, 2);auto func1 = [] {cout << "hello world" << endl;};func1();// lambdaauto r2 = [rate](double money, int year) {return money * rate * year;};// 捕捉列表的rate，可以看到作为lambda_1类构造函数的参数传递了，这样要拿去初始化成员变量return 0;
}

调试代码并转到反汇编，可以看到：