lambda函数详解

2023-11-15


lambda函数的使用

  lambda函数的完整形式如下:

[capture](parameters) mutable->return-type{statement}

  其中,

  • [capture]:捕捉列表,捕捉列表可以捕捉上下文中的变量以供lambda函数使用。
  • (parameters):参数列表,与普通函数列表一致,如果不需要传参,那么可以连()一起省略。
  • mutable:mutable修饰符,默认情况下,lambda函数总是一个const函数,mutable可以取消其常量性。在使用该修饰符时,参数列表不可省略。
  • ->return-type:返回类型,一般而言,可以省略,使用auto进行自动推导。
  • {statement}:函数体,可以使用参数及补捕获的变量。

  如下是一个lambda函数的声明示例:

int main()
{
	int a = 3;
	int b = 4;
	auto fun = [=,&b](int c)->int{return b += a+c ;}
}

捕获列表

  捕获列表是lambda函数中极具特色的一部分,在捕获时,主要有以下几种形式:

  • [var] 表示值传递方式捕获变量var。
  • [=] 表示值传递方式捕获所有作用域的变量,包括this。
  • [&var] 表示引用传递方式捕获变量var。
  • [&] 表示引用传递方式捕获所有父作用域的变量,包括this。
  • [this] 表示值传递方式捕获当前的this指针。

  需要注意的是,在捕获时,不允许重复传递,否则会导致编译时的错误:

  1. [=,a] : = 已经表示以值传递的方式捕获了所有变量,捕捉a重复。
  2. [&,&this]:&已经以引用传递方式捕捉了所有变量,再捕捉this也是一种重复。

  除了以上使用时需要注意的点外,还需要注意,在引用及值传递捕获时常量性的区别,常量性区别主要分为以下两点。

常量性区别1

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int j = 12;
	auto by_val_lambda = [=] {return j + 1;}
	auto by_ref_lambda = [&] {return j + 1;}
	
	cout << "by_val_lambda:" << by_val_bambda() << endl;
	cout << "by_ref_lambda:" << by_ref_lambda() << endl;
	
	j++;
	cout << "by_val_lambda:" << by_val_lambda() << endl;
	cout << "by_ref_lambda:" << by_ref_lambda() << endl;
}

  上述这段代码运行后得到的结果是:

by_val_lambda: 13
by_ref_lambda: 13
by_val_lambda: 13
by_ref_lambda: 14

  之所以会出现上述结果是因为,对于按照值方式的捕捉列表,其传递的值在lambda函数定义的时候就已经决定了。而按照引用的方式捕捉的列表,其传递的值等于lambda函数调用时的值。因此,我们可以认为,值方式捕捉列表,其捕捉的值将是一个常量。

常量性区别2

  前文已述,lambda函数默认是一个const函数,那么这种const特性主要体现在什么地方呢?看一看下述代码:

int main()
{
	int val;
	auto const_val_lambda = [=](){val = 3;}  //#1
	auto const_val_lambda = [=]()mutable {val = 3;}
	auto const_ref_lambda = [&]{val = 3;}
	auto const_param_lambda = [&](int v){v = 3;};
	const_param_lambda_lambda(val);
}

  在上述各种形式的声明中,只有#1处的值方式捕获在修改捕获变量时会报错,而引用捕获则不会。

  这里目前先提出该结论,暂不解释原因,原因在后文中会提及。

lambda函数的实现

  lambda函数到底是怎样实现的呢?事实上,仿函数是编译器实现lambda的一种方式,通常编译器都会把lambda函数转化成为一个仿函数对象,因此,lambda可以视为仿函数的一种等价形式。如下图所示:
在这里插入图片描述
  从图中我们可以看到,lambda函数和仿函数都可以捕捉一些变量作为初始状态,并接受参数进行运算。

  这也解释了上面所提及的常量性区别2的原因:因为当使用值方式捕获时,捕获量被等价为了仿函数中的一个私有成员,而根据const的特性,在const成员函数中,我们是不能改变成员数据的;而使用引用方式捕获,则不会改变引用本身,只会改变引用的值,因此编译器将编译通过。

  如果我们还记的话,仿函数在STL的诸多算法中都有应用,而lambda函数本质又是基于仿函数实现的,这也决定lambda函数能够在STL中广泛应用。

注意事项

  • lambda函数虽然基于仿函数实现,但无法完全等价于仿函数,主要原因在于其捕获区域限制在父作用域。
  • 函数指针可以指向lambda函数,但是此时lambda函数必须无捕获值。
  • lambda函数是一种局部封装,局部共享,如果要全局共享,还是需要使用仿函数或者普通函数。
  • 以值方式捕获时,需要考虑到其拷贝成本,如果拷贝成本太大,建议使用引用方式。
  • 捕获对象,既可以在父作用域使用,也可以在lambda函数中使用,这就决定了我们必须要考虑到可能存在的异步操作。
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