C++中lambda表达式的使用
来源:互联网 发布:js 创建class 编辑:程序博客网 时间:2024/06/08 17:29
如何在 C++11 中使用 Lambda 表达式
Lambda 表达式不仅具有函数指针的灵活性,还可以通过捕获局部变量提高可扩展性。本文介绍 Lambda 表达式的语法和用法。
简介
Lambda 可能是最新的 C++11 标准的典型特性之一。Lambda 表达式把函数看作对象。Lambda 表达式可以像对象一样使用,比如可以将它们赋给变量和作为参数传递,还可以像函数一样对其求值。
当一个函数需要将另一个函数用作参数时,可以使用 Lambda。例如,C qsort()
函数接受一个指向比较函数的指针,如清单 1 所示。
#include <stdlib.h>#include <stdio.h>static int intcompare(const void *p1, const void *p2){ int i = *((int *)p1); int j = *((int *)p2); return (i < j) ;}int main(){ int a[10] = { 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 }; qsort((void *)a, 10, sizeof (int), intcompare); for (int i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", a[i]); } printf("\n"); return 0;}
清单 1
清单 1 中的代码有以下几点不足:
- 比较函数需要单独声明。这增加了将错误的比较函数传递给
qsort()
操作的风险。 - 比较函数接受
void *
参数,因此缺失了某种程度的类型检查。 - 比较函数看不到任何局部作用的变量。因此,如果存在其他影响排序的因素,必须在更大范围内声明。
清单 2 显示重新编写后的清单 1 中的示例,将 C++ std::sort()
算法与 lambda 表达式结合使用。由于 std::sort()
是一个模板,因此会保留所有类型信息。注意如何在通常出现函数名的位置编写 lambda 表达式。
#include <algorithm>int main(){ int a[10] = { 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 }; std::sort( a, &a[10], [](int x, int y){ return x < y; } ); for(int i=0; i<10; i++) { printf("%i ", a[i]); } printf("\n"); return 0;}
清单 2
Lambda 表达式的基本语法
Lambda 表达式本质上与函数声明非常类似。我们可以提取清单 2 中的 lambda 表达式,详加说明。提取的 lambda 表达式如清单 3 所示:
[](int x, int y){ return x < y ; }
清单 3
如果我们将 lambda 表达式比作函数,可以看到它与函数名对应的是一对空的方括号,即捕获表达式。这些括号表示后面跟着一个 lambda 表达式。这些方括号不必为空;稍后将讨论其内容。
如果 lambda 主体只含一个返回类型,则暗示返回的表达式类型为 lambda 返回类型。如果要显式指定返回类型,需使用新的 C++11 语法表示函数声明中的后置返回类型。对于返回类型 T 的普通函数,您可以这样编写:
auto foo(...) -> T { ... }
对于 lambda,您需要要这样编写:
[] (...) -> T { ... }
lambda 表达式的其余部分与常规 C 或 C++ 函数主体类似。
将 Lambda 传递到函数指针
C++11 标准库中有一个名为 function
的模板,它可以接受指定类型的函数或者具有匹配的返回类型和参数列表的 lambda。这将产生一个指向函数类型的指针,例如,清单 4 可用作函数参数类型,接受 int
参数,返回 void
。您可以向其传递任何类似匹配函数或 lambda 的内容。
std::function<void(int)>
清单 4
清单 5 显示的函数扫描一个数组,对每个元素应用一个给定函数。
void scan( int* a, int length, std::function<void(int)> process ){ for(int i=0; i<length; i++) { process(a[i]); }}
清单 5
清单 6 显示如何通过传递一个函数或 lambda 表达式作为参数来调用 scan()
函数。
void f(int);int a[10];...scan(a, 10, f);scan(a, 10, [](int k)->void { ... } );
清单 6
Lambda 表达式中的变量捕获
到目前为止,我们对 lambda 表达式的处理基本与标准函数调用类似:传入参数,返回结果。然而,在函数主体中声明的 lambda 表达式还是可以捕获在声明 lambda 处可见的函数的任何局部变量。
假设我们需要使用函数 scan()
,但希望 process
函数只对大于某个阈值的值起作用。我们不能修改 scan()
,不能让 scan()
向 process
函数传递多个参数。但如果我们将一个 lambda 表达式传递给 scan()
函数,则可以从其环境捕获一个局部变量。
在清单 7 中,我们将希望捕获的变量放在方括号中,即放在捕获表达式中。这实际上向 lambda 表达式中额外传递了一个参数,但无需更改 scan
函数的定义。就像传递参数给函数一样,我们实际上是在函数的调用点捕获值 threshold
的副本,这称为通过值捕获。
#include <algorithm>void scan( int* a, int length, std::function<void(int)> process){ for(int i=0; i<length; i++) { process(a[i]); }}int main(){ int a[10] = { 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 }; int threshold = 5; scan(a, 10, [threshold](int v) { if (v>threshold) { printf("%i ", v); } } ); printf("\n"); return 0;}
清单 7
有一个简写形式 [=]
,表示“通过值捕获每个变量”。在清单 8 中,我们将函数调用重新编写为使用这种更短的表达式。
scan(a, 10, [=](int v) { if (v>threshold) { printf("%i ", v); } });
清单 8
注:通过值捕获变量意味着生成局部副本。如果有多个局部变量,全部捕获可能会导致 lambda 产生显著开销。
但有些情况下,我们希望修改捕获的变量。例如,假设我们要计算最大值并将其存储在变量 max
中。在这种情况下,我们不想使用该变量值的副本,而是希望使用该变量的引用,这样,我们就可以在模板中修改该变量。这称为通过引用捕获变量。清单 9 显示了这样一个示例。
#include <algorithm>void scan(int * a, int length, std::function<void (int)> func){ for(int i=0; i<length; i++) { func(a[i]); }}int main(){ int a[10] = { 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 }; int threshold = 5; int max =0; std::sort( a, &a[10], [](int x, int y){return (x < y);}); scan(a, 10, [threshold,&max](int v) { if (v>max) {max = v;} if (v>threshold) { printf("%i ", v); } }); printf("\n"); printf("Max = %i\n",max); return 0;}
清单 9
同样,也有一个简写形式 [&]
,用于应通过引用捕获每个变量的情况。
Lambda 表达式、函数对象和函子
虽然 lambda 表达式是 C++11 的新特性,但用这种方式访问现有语言特性的确很方便。lambda 表达式是函数对象 的速记表示法。函数对象是一个具有成员 operator()()
(函数调用运算符)的类类型对象,因此可以像函数一样调用。函数对象类型被称作函子。清单 10 显示了一个函子的示例。
class compare_ints {public: compare_ints(int j, int k ) : l(j), r(k) { } bool operator()() { return l < r; }private: int l, r;};
清单 10
您可以创建一个 compare_ints
对象,用两个整型值初始化,如果第一个值小于第二个值,使用函数调用运算符返回 true
:
compare_ints comp(j, k);bool less_than = comp();
也可以动态创建一个临时对象,然后直接使用:
bool less_than = compare_ints(j, k)();
使用 lambda 表达式不必创建和命名函子类即可达到这种效果。编译器为您创建一个匿名函子,如清单 11 所示。
auto comp = [](int j, int k) { return j < k; };bool less_than = comp(l,r);
清单 11
在清单 11 中,comp
是匿名函子类型的对象。
您也可以动态执行此操作:
bool less_than = [l,r]() { return l < r; }();
总结
Lambda 表达式是一种非常强大的 C++ 扩展。它们不仅具有函数指针的灵活性,还可以通过捕获局部变量提高可扩展性。
显然,与 C++11 中广泛的模板特性结合时,lambda 表达式会变得更加 有用,这种情况在按 C++11 标准编写的代码中会经常遇到。
关于最新标准 参考http://zh.cppreference.com/w/cpp/language/lambda
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