C++11 匿名函数lambda的使用

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我最早接触lambda的概念是在matlab中那时候在做数值模拟的课题lambda可以快速定义简单的函数当时觉得好方便。任何语言都有这个功能下面来看看C++11新引入的lambda是如何使用的吧。

一、lambda基础介绍

官方介绍

C++ lambda是C++11新增的一种匿名函数的实现方式可以在代码中直接定义一个函数对象。它的语法是通过关键字“[]”来定义的括号里可以包含需要访问的外部变量。Lambda函数可以用于在STL算法中提供自定义的比较函数或者作为std::function的参数。它的简洁和易用性使得在C++11中变得非常流行。

一、lambda基础介绍

Lambda表达式的完整声明格式如下:

[capture list](parameter list) mutable exception->
     return type { function body }

capture list: 用于捕获外部变量的列表可以省略。
parameter list: 函数参数列表可以省略。
mutable: 可选项用于指定能否修改捕获的变量。
exception: 可选项用于指定能抛出的异常。
return type: 可选项用于指定返回值类型。如果省略编译器会自动推断。
function body: 函数主体。

通常情况下一个 lambda 表达式不需要如此多的关键词更常用的声明形式如下只需要captures、parameters、return type、body即可

[captures] (parameters) -> return_type {body}

有一些情况下返回类型可以从 return 语句中推导如 auto则返回类型可以省略。而当 lambda 表达式没有参数的时候用于表示参数列表的括号也是可以省略的

[captures] {body}

//也就是
[]{}

具体的例子

[](){}   //定义一个没有参数和返回值的lambda表达式
[](int a, int b){ return a+b;}   //定义一个带有参数的lambda表达式
[x](int a){ return x*a;}   //定义一个捕获x的lambda表达式

Lambda表达式还可以使用默认参数值通过在参数后面使用 "= default_value"来实现。

例如 :

[](int a, int b = 10){ return a + b;}  //定义一个带有默认参数值的lambda表达式

在捕获列表中, 你可以使用&或=来捕获外部变量。

& 使得lambda表达式可以修改捕获的变量。
= 使得lambda表达式不能修改捕获的变量(默认值)。

例如 :

int x = 10;
[&x](){x++;}  //定义一个可以修改x的lambda表达式
[=x](){x++;}  //定义一个不能修改x的lambda表达式

Lambda表达式可以通过赋值给std::function对象或者直接调用来使用。

例如 :

std::function<int(int, int)> add = [](int a, int b){ return a + b;};
int result = add(1, 2);

二、lambda使用例子

2.1 STL算法中的回调函数

STL算法如sort, for_each等需要一个可调用的对象来完成操作这时候lambda表达式可以提供一种简洁的方式来定义这个可调用的对象。

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>

int main()
{
    std::vector<int> v{3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5};
    std::sort(v.begin(), v.end(), [](int a, int b){ return a < b;});
    for(int x : v)
        std::cout << x << " ";
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

sort第三个参数可以传入一个函数是因为 sort 使用了模板第三个参数是一个比较函数它是一个可以接受两个参数并返回一个bool值的函数。sort函数使用这个比较函数来确定如何排序序列中的元素。如果第三个参数省略sort默认使用“小于”运算符进行比较。

可以使用 std::less<int> 替换 lambda 表达式如下所示

std::sort(v.begin(), v.end(), std::less<int>());

或者你也可以定义一个比较函数来代替 lambda

bool myCompare(int a, int b) 
{ return a < b; }

 std::sort(v.begin(), v.end(), myCompare);

2.2 回调函数

在许多情况下我们需要在某个对象的回调函数中进行某些操作这时候lambda表达式可以提供一种简洁的方式来定义回调函数。

#include <iostream>

class Button
{
public:
    void setOnClick(std::function<void()> onClick) { m_onClick = onClick; }
    void click() { m_onClick(); }
private:
    std::function<void()> m_onClick;
};

int main()
{
    Button btn;
    btn.setOnClick([](){std::cout << "Button clicked" << std::endl;});
    btn.click();
    return 0;
}

"setOnClick" 函数接收一个 std::function<void()> 类型的参数并将其存储在类的私有成员变量 "m_onClick" 中。std::function 是一种 C++11 标准库中的类型它可以存储可调用的对象如函数指针、函数对象、Lambda 表达式等这段代码它存了一个void()的类型的调用。

"click" 函数调用了 "m_onClick"也就是之前设置的 std::function<void()> 类型的回调函数。

在 main 函数中一个 Button 对象 "btn" 被创建并初始化。然后调用 btn.setOnClick({std::cout << "Button clicked" << std::endl;}); 这个方法将一个 lambda 表达式作为参数设置给 m_onClick。最后调用 btn.click(); 触发了上面设置的 lambda 表达式。

2.3 多线程编程

在多线程编程中我们需要启动一个新线程来执行某些操作这时候lambda表达式可以提供一种简洁的方式来定义线程的操作。

#include <iostream>
#include <thread>

int main()
{
    int x = 10;
    std::thread t([&x](){ x++;});
    t.join();
    std::cout << x << std::endl;
    return 0;
}

这段代码使用了 C++11 的线程库 std::thread。在 main 函数中一个 int 类型的变量 x 被赋值为 10。然后创建了一个 std::thread 对象 "t"该对象的构造函数接收了一个 lambda 表达式在这个 lambda 表达式中变量 x 的值被自增。