C++ Lambda表达式详解

一、Lambda表达式的介绍

c++11引入了Lambda表达式,使得开发人员可以更方便的创建匿名函数。Lambda表达式是c++语言的一个重要特性,它可以作为函数对象使用,可以用来替代一些繁琐的函数声明和定义。

二、Lambda表达式的语法

Lambda表达式的基本语法结构如下:

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

[capture list]是捕获列表,在应用中必填。
(parameter list)是参数列表,在应用中选填。
specifiers是限定符,在应用中选填。
exception是异常说明符,在应用中选填。
-> type是返回值类型,在应用中选填。
{ function body }是表达式的函数体,在应用中必填。

下面是一个简单的Lambda表达式:

[](int x, int y){ return x + y; }

这个Lambda表达式可以看作是一个没有函数名的函数,接受两个整型参数,并返回它们的和。应用实例如下:

auto f = [](int x, int y){ return x + y; };
int result = f(10, 20);    //result == 30

三、Lambda表达式的捕获列表

Lambda表达式的捕获列表可以捕获当前函数作用域的零个或多个变量,变量之间用逗号分隔;这些变量可以在Lambda表达式中被访问和修改。捕获方式有三种,分别是值捕获、引用捕获和混合捕获。

值捕获:将外部变量以const引用的方式传递到Lambda表达式中,在表达式中可以访问变量,但是不能修改变量;使用=可以将函数作用域的所有变量以值捕获方式传入到表达式中。

int a = 10; b = 20, c = 30;

//将变量a和b以值捕获方式传入到表达式中
auto f1 = [a, b]{ return a + b; };
int result1 = f1();    //result1 == 30

//将所有变量以值捕获方式传入到表达式中
auto f2 = [=]{ return a + b + c; };
int result2 = f2();    //result2 == 60

引用捕获:将外部变量以引用的方式传递到Lambda表达式中,在表达式中可以访问变量和修改变量;使用&可以将函数作用域的所有变量以引用捕获方式传入到表达式中。

int a = 10; b = 20, c = 30;

//将变量a和b以引用捕获方式传入到表达式中
auto f1 = [&a, &b]{ a++; b++; };
f1();    
//a == 11    b == 21

//将所有变量以引用捕获方式传入到表达式中
auto f2 = [&]{ a++; b++; c++; };
f2();    
//a == 12    b == 22    c == 31

混合捕获:捕获列表捕获多个变量,既有值捕获的变量也有引用捕获的变量。

int a = 10; b = 20, c = 30;

//将变量a和b以值捕获方式传入到表达式中,将变量c以引用捕获方式传递到表达式中
auto f = [=,&c]{ c++; return a + b; };
int result = f();    //result == 30
//c == 31

四、Lambda表达式的参数列表

Lambda表达式的参数列表与普通函数参数列表一致;如果不需要参数,则可以省略此项。

//没有参数
auto f1 = []{ return 1; };
int result1 = f1();    //result1 == 1

//两个参数
auto f2 = [](int x, int y){ return x + y; };
int result2 = f2(10,20);    //result2 == 30

五、Lambda表达式的限定符

Lambda表达式的限定符值为mutable,其意义是可以在函数体内修改按值捕获的变量;如果不需要此操作,则可以省略此项。

int a = 10;

//未用mutable修饰
auto f1 = [a](){
    a++;    //报错
}

//使用mutable修饰
auto f2 = [a]() mutable {
    a++;    //成功
}

六、Lambda表达式的异常说明符

Lambda表达式的异常说明符值为noexcept,其意义是指明表达式不会抛出异常;如果不需要此操作,则可以省略此项。

//未用noexcept修饰
auto f1 = [](int x){
    if(x == 0)
        throw(0);    //成功
    return x;
}

//使用noexcept修饰
auto f2 = [](int x) noexcept {
    if(x == 0)
        throw(0);    //报错
    return x;
}

七、Lambda表达式的返回值类型

-> type可以指定lambda表达式返回值类型;如果不指定返回类型,则编译器会根据代码实现为函数推导一个返回类型;如果没有返回值,则可忽略此部分。

//指定返回值类型
auto f1 = []()->int { return 1; };
int result1 = f1();    //result == 1

//不指定返回值类型
auto f2 = [](){ return 1; };
int result2 = f2();    //result == 1

八、Lambda表达式的函数体

Lambda表达式的函数体部分与普通函数体一致。

auto f1 = []{ std::cout << "hello world" << std::endl; };

auto f2 = [](int x, int y){ return x + y; };

九、Lambda表达式的优缺点

Lambda表达式有以下优点:
简洁:Lambda表达式可以在一个表达式中定义一个函数,不需要单独声明和定义。
方便:Lambda表达式可以捕获外部变量,使得函数对象更加灵活和易于使用。
通用:Lambda表达式可以作为任何需要函数对象的地方使用,例如STL算法、线程等。

Lambda表达式也有一些缺点:
可读性:Lambda表达式可能过于简洁,难以阅读和理解。
复杂性:Lambda表达式可以包含复杂的逻辑和控制流,使得代码难以维护和调试。
性能:Lambda表达式可能会产生额外的开销,例如变量捕获和函数调用的开销。

十、结论
c++Lambda表达式是一项重要的语言特性,它使得开发人员可以更方便地创建匿名函数和函数对象。Lambda表达式的语法简洁、灵活,可以捕获外部变量,并且可以作为任何需要函数对象的地方使用。Lambda表达式也存在一些缺点,包括可读性、复杂性和性能问题。在实际开发中,开发人员应该根据具体情况权衡利弊,选择合适的编程风格和实现方式。

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