結合C++11新特性來學習C++中l(wèi)ambda表達式的用法
在 C++ 11 中,lambda 表達式(通常稱為 "lambda")是一種在被調用的位置或作為參數(shù)傳遞給函數(shù)的位置定義匿名函數(shù)對象的簡便方法。 Lambda 通常用于封裝傳遞給算法或異步方法的少量代碼行。 本文定義了 lambda 是什么,將 lambda 與其他編程技術進行比較,描述其優(yōu)點,并提供一個基本示例。
Lambda 表達式的各部分
ISO C++ 標準展示了作為第三個參數(shù)傳遞給 std::sort() 函數(shù)的簡單 lambda:
#include <algorithm>
#include <cmath>
void abssort(float* x, unsigned n) {
std::sort(x, x + n,
// Lambda expression begins
[](float a, float b) {
return (std::abs(a) < std::abs(b));
} // end of lambda expression
);
}
此圖顯示了 lambda 的組成部分:
- Capture 子句(在 C++ 規(guī)范中也稱為 lambda 引導。)
- 參數(shù)列表(可選)。 (也稱為 lambda 聲明符)
- 可變規(guī)范(可選)。
- 異常規(guī)范(可選)。
- 尾隨返回類型(可選)。
- “l(fā)ambda 體”
Capture 子句
Lambda 可在其主體中引入新的變量(用 C++14),它還可以訪問(或“捕獲”)周邊范圍內的變量。 Lambda 以 Capture 子句(標準語法中的 lambda 引導)開頭,它指定要捕獲的變量以及是通過值還是引用進行捕獲。 有與號 (&) 前綴的變量通過引用訪問,沒有該前綴的變量通過值訪問。
空 capture 子句 [ ] 指示 lambda 表達式的主體不訪問封閉范圍中的變量。
可以使用默認捕獲模式(標準語法中的 capture-default)來指示如何捕獲 lambda 中引用的任何外部變量:[&] 表示通過引用捕獲引用的所有變量,而 [=] 表示通過值捕獲它們。 可以使用默認捕獲模式,然后為特定變量顯式指定相反的模式。 例如,如果 lambda 體通過引用訪問外部變量 total 并通過值訪問外部變量 factor,則以下 capture 子句等效:
[&total, factor] [factor, &total] [&, factor] [factor, &] [=, &total] [&total, =]
使用 capture-default 時,只有 lambda 中提及的變量才會被捕獲。
如果 capture 子句包含 capture-default&,則該 capture 子句的 identifier 中沒有任何 capture 可采用 & identifier 形式。 同樣,如果 capture 子句包含 capture-default=,則該 capture 子句的 capture 不能采用 = identifier 形式。 identifier 或 this 在 capture 子句中出現(xiàn)的次數(shù)不能超過一次。 以下代碼片段給出了一些示例。
struct S { void f(int i); };
void S::f(int i) {
[&, i]{}; // OK
[&, &i]{}; // ERROR: i preceded by & when & is the default
[=, this]{}; // ERROR: this when = is the default
[i, i]{}; // ERROR: i repeated
}
capture 后跟省略號是包擴展,如以下可變參數(shù)模板示例中所示:
template<class... Args>
void f(Args... args) {
auto x = [args...] { return g(args...); };
x();
}
要在類方法的正文中使用 lambda 表達式,請將 this 指針傳遞給 Capture 子句,以提供對封閉類的方法和數(shù)據成員的訪問權限。 有關展示如何將 lambda 表達式與類方法一起使用的示例,請參閱 Lambda 表達式的示例中的“示例:在方法中使用 Lambda 表達式”。
在使用 capture 子句時,建議你記住以下幾點(尤其是使用采取多線程的 lambda 時):
引用捕獲可用于修改外部變量,而值捕獲卻不能實現(xiàn)此操作。 (mutable允許修改副本,而不能修改原始項。)
引用捕獲會反映外部變量的更新,而值捕獲卻不會反映。
引用捕獲引入生存期依賴項,而值捕獲卻沒有生存期依賴項。 當 lambda 以異步方式運行時,這一點尤其重要。 如果在異步 lambda 中通過引用捕獲本地變量,該本地變量將很可能在 lambda 運行時消失,從而導致運行時訪問沖突。
通用捕獲 (C++14)
在 C++14 中,可在 Capture 子句中引入并初始化新的變量,而無需使這些變量存在于 lambda 函數(shù)的封閉范圍內。 初始化可以任何任意表達式表示;且將從該表達式生成的類型推導新變量的類型。 此功能的一個好處是,在 C++14 中,可從周邊范圍捕獲只移動的變量(例如 std::unique_ptr)并在 lambda 中使用它們。
pNums = make_unique<vector<int>>(nums);
//...
auto a = [ptr = move(pNums)]()
{
// use ptr
};
參數(shù)列表
除了捕獲變量,lambda 還可接受輸入參數(shù)。 參數(shù)列表(在標準語法中稱為 lambda 聲明符)是可選的,它在大多數(shù)方面類似于函數(shù)的參數(shù)列表。
int y = [] (int first, int second)
{
return first + second;
};
在 C++14 中,如果參數(shù)類型是泛型,則可以使用 auto 關鍵字作為類型說明符。 這將告知編譯器將函數(shù)調用運算符創(chuàng)建為模板。 參數(shù)列表中的每個 auto 實例等效于一個不同的類型參數(shù)。
auto y = [] (auto first, auto second)
{
return first + second;
};
lambda 表達式可以將另一個 lambda 表達式作為其參數(shù)。 有關詳細信息,請參閱 Lambda 表達式的示例主題中的“高階 Lambda 表達式”。
由于參數(shù)列表是可選的,因此在不將參數(shù)傳遞到 lambda 表達式,并且其 lambda-declarator: 不包含 exception-specification、trailing-return-type 或 mutable 的情況下,可以省略空括號。
可變規(guī)范
通常,lambda 的函數(shù)調用運算符為 const-by-value,但對 mutable 關鍵字的使用可將其取消。 它不會生成可變的數(shù)據成員。 利用可變規(guī)范,lambda 表達式的主體可以修改通過值捕獲的變量。 本文后面的一些示例將顯示如何使用 mutable。
異常規(guī)范
你可以使用 throw() 異常規(guī)范來指示 lambda 表達式不會引發(fā)任何異常。 與普通函數(shù)一樣,如果 lambda 表達式聲明 C4297 異常規(guī)范且 lambda 體引發(fā)異常,Visual C++ 編譯器將生成警告 throw(),如下所示:
// throw_lambda_expression.cpp
// compile with: /W4 /EHsc
int main() // C4297 expected
{
[]() throw() { throw 5; }();
}
返回類型
將自動推導 lambda 表達式的返回類型。 無需使用 auto 關鍵字,除非指定尾隨返回類型。 trailing-return-type 類似于普通方法或函數(shù)的返回類型部分。 但是,返回類型必須跟在參數(shù)列表的后面,你必須在返回類型前面包含 trailing-return-type 關鍵字 ->。
如果 lambda 體僅包含一個返回語句或其表達式不返回值,則可以省略 lambda 表達式的返回類型部分。 如果 lambda 體包含單個返回語句,編譯器將從返回表達式的類型推導返回類型。 否則,編譯器會將返回類型推導為 void。 下面的代碼示例片段說明了這一原則。
auto x1 = [](int i){ return i; }; // OK: return type is int
auto x2 = []{ return{ 1, 2 }; }; // ERROR: return type is void, deducing
// return type from braced-init-list is not valid
lambda 表達式可以生成另一個 lambda 表達式作為其返回值。 有關詳細信息,請參閱 Lambda 表達式的示例中的“高階 Lambda 表達式”。
Lambda 體
lambda 表達式的 lambda 體(標準語法中的 compound-statement)可包含普通方法或函數(shù)的主體可包含的任何內容。 普通函數(shù)和 lambda 表達式的主體均可訪問以下變量類型:
- 從封閉范圍捕獲變量,如前所述。
- 參數(shù)
- 本地聲明變量
- 類數(shù)據成員(在類內部聲明并且捕獲 this 時)
- 具有靜態(tài)存儲持續(xù)時間的任何變量(例如,全局變量)
以下示例包含通過值顯式捕獲變量 n 并通過引用隱式捕獲變量 m 的 lambda 表達式:
// captures_lambda_expression.cpp
// compile with: /W4 /EHsc
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int m = 0;
int n = 0;
[&, n] (int a) mutable { m = ++n + a; }(4);
cout << m << endl << n << endl;
}
輸出:
5 0
由于變量 n 是通過值捕獲的,因此在調用 lambda 表達式后,變量的值仍保持 0 不變。 mutable 規(guī)范允許在 lambda 中修改 n。
盡管 lambda 表達式只能捕獲具有自動存儲持續(xù)時間的變量,但你可以在 lambda 表達式的主體中使用具有靜態(tài)存儲持續(xù)時間的變量。 以下示例使用 generate 函數(shù)和 lambda 表達式為 vector 對象中的每個元素賦值。 lambda 表達式將修改靜態(tài)變量以生成下一個元素的值。
void fillVector(vector<int>& v)
{
// A local static variable.
static int nextValue = 1;
// The lambda expression that appears in the following call to
// the generate function modifies and uses the local static
// variable nextValue.
generate(v.begin(), v.end(), [] { return nextValue++; });
//WARNING: this is not thread-safe and is shown for illustration only
}
下面的代碼示例使用上一示例中的函數(shù),并添加了使用 STL 算法 generate_n 的 lambda 表達式的示例。 該 lambda 表達式將 vector 對象的元素指派給前兩個元素之和。 使用了 mutable 關鍵字,以使 lambda 表達式的主體可以修改 lambda 表達式通過值捕獲的外部變量 x 和 y 的副本。 由于 lambda 表達式通過值捕獲原始變量 x 和 y,因此它們的值在 lambda 執(zhí)行后仍為 1。
// compile with: /W4 /EHsc
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;
template <typename C> void print(const string& s, const C& c) {
cout << s;
for (const auto& e : c) {
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void fillVector(vector<int>& v)
{
// A local static variable.
static int nextValue = 1;
// The lambda expression that appears in the following call to
// the generate function modifies and uses the local static
// variable nextValue.
generate(v.begin(), v.end(), [] { return nextValue++; });
//WARNING: this is not thread-safe and is shown for illustration only
}
int main()
{
// The number of elements in the vector.
const int elementCount = 9;
// Create a vector object with each element set to 1.
vector<int> v(elementCount, 1);
// These variables hold the previous two elements of the vector.
int x = 1;
int y = 1;
// Sets each element in the vector to the sum of the
// previous two elements.
generate_n(v.begin() + 2,
elementCount - 2,
[=]() mutable throw() -> int { // lambda is the 3rd parameter
// Generate current value.
int n = x + y;
// Update previous two values.
x = y;
y = n;
return n;
});
print("vector v after call to generate_n() with lambda: ", v);
// Print the local variables x and y.
// The values of x and y hold their initial values because
// they are captured by value.
cout << "x: " << x << " y: " << y << endl;
// Fill the vector with a sequence of numbers
fillVector(v);
print("vector v after 1st call to fillVector(): ", v);
// Fill the vector with the next sequence of numbers
fillVector(v);
print("vector v after 2nd call to fillVector(): ", v);
}
輸出:
vector v after call to generate_n() with lambda: 1 1 2 3 5 8 13 21 34 x: 1 y: 1 vector v after 1st call to fillVector(): 1 2 3 4 5 6 7 8 9 vector v after 2nd call to fillVector(): 10 11 12 13 14 15 16 17 18
欄 目:C語言
下一篇:詳解C++編程中的嵌套類的聲明與其中的函數(shù)使用
本文標題:結合C++11新特性來學習C++中l(wèi)ambda表達式的用法
本文地址:http://www.jygsgssxh.com/a1/Cyuyan/2525.html
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