遇见C++ Lambda

Written by Allen Lee

If you die when there's no one watching, and your ratings drop and you're forgotten.

– Marilyn Manson, Lamb Of God

生成随机数字

假设我们有一个vector<int>容器，想用100以内的随机数初始化它，其中一个办法是通过generate函数生成，如代码1所示。generate函数接受三个参数，前两个参数指定容器的起止位置，后一个参数指定生成逻辑，这个逻辑正是通过Lambda来表达的。

代码 1

我们现在看到Lambda是最简形式，只包含捕获子句和函数体两个必要部分，其他部分都省略了。[]是Lambda的捕获子句，也是引出Lambda的语法，当编译器看到这个符号时，就知道我们在写一个Lambda了。函数体通过{} 包围起来，里面的代码和一个普通函数的函数体没有什么不同。

那么，代码1生成的随机数字里有多少个奇数呢，我们可以通过for_each函数数一下，如代码3所示。和generate函数不同的是，for_each函数要求我们提供的Lambda接受一个参数。一般情况下，如果Lambda的参数列表不包含任何参数，我们可以把它省略，就像代码1所示的那样；如果包含多个参数，可以通过逗号分隔，如(int index, std::string item)。

代码 2

看到这里，细心的读者可能已经发现代码2的捕获子句里面多了一个"&odd_count"，这是用来干嘛的呢？我们知道，这个代码的关键部分是在Lambda的函数体里修改一个外部的计数变量，常见的语言（如C#）会自动为Lambda捕获当前上下文的所有变量，但C++要求我们在Lambda的捕获子句里显式指定想要捕获的变量，否则无法在函数体里使用这些变量。如果捕获子句里面什么都不写，像代码1所示的那样，编译器会认为我们不需要捕获任何变量。

除了显式指定想要捕获的变量，C++还要求我们指定这些变量的传递方式，可以选择的传递方式有两种：按值传递和按引用传递。像[&odd_count] 这种写法是按引用传递，这种传递方式使得你可以在Lambda的函数体里对odd_count变量进行修改。相对的，如果变量名字前面没有加上"&"就是按值传递，这些变量在Lambda的函数体里是只读的。

如果你希望按引用传递捕获当前上下文的所有变量，可以把捕获子句写成[&]；如果你希望按值传递捕获当前上下文的所有变量，可以把捕获子句写成[=]。如果你希望把按引用传递设为默认的传递方式，同时指定个别变量按值传递，可以把捕获子句写成[&, a, b]；同理；如果默认的传递方式是按值传递，个别变量按引用传递，可以把捕获子句写成[=, &a, &b]。值得提醒的是，像[&, a, &b]和[=, &a, b]这些写法是无效的，因为默认的传递方式均已覆盖b变量，无需单独指定，有效的写法应该是[&, a]和[=, &a]。

生成等差数列

现在我们把一开始的问题改一下，通过generate函数生成一个首项为0，公差为2的等差数列。有了前面关于捕获子句的知识，我们很容易想到代码3这个方案，首先按引用传递捕获i变量，然后在Lambda的函数体里修改它的值，并返回给generate函数。

代码 3

如果我们把i变量的传递方式改成按值传递，然后在捕获子句后面加上mutable声明，如代码4所示，我们可以得到相同的效果，我指的是输出结果。那么，这两个方案有什么不一样呢？调用generate函数之后检查一下i变量的值就会找到答案了。需要说明的是，如果我们加上mutable声明，参数列表就不能省略了，即使里面没有包含任何参数。

代码 4

使用代码3这个方案，i变量的值在调用generate函数之后是18，而使用代码4这个方案，i变量的值是-2。这个意味着mutable声明使得我们可以在Lambda的函数体修改按值传递的变量，但这些修改对Lambda以外的世界是不可见的，有趣的是，这些修改在Lambda的多次调用之间是共享的。换句话说，代码4的generate函数调用了10次Lambda，前一次调用时对i变量的修改结果可以在后一次调用时访问得到。

这听起来就像有个对象，i变量是它的成员字段，而Lambda则是它的成员函数，事实上，Lambda是函数对象（Function Object）的语法糖，代码4的Lambda最终会被转换成代码5所示的Functor类。

代码 5

你也可以把代码4的Lambda替换成Functor类，如代码6所示。

代码 6

如何声明Lambda的类型？

到目前为止，我们都是把Lambda作为参数直接传给函数的，如果我们想把一个Lambda传给多个函数，或者把它当作一个函数多次调用，那么就得考虑把它存到一个变量里了，问题是这个变量应该如何声明呢？如果你确实不知道，也不想知道，那么最简单的办法就是交给编译器处理，如代码7所示，这里的auto关键字相当于C#的var，编译器会根据我们用来初始化f1变量的值推断它的实际类型，这个过程是静态的，在编译时完成。

代码 7

如果我们想定义一个接受代码7的Lambda作为参数的函数，那么这个参数的类型又该如何写呢？我们可以把它声明为function模板类型，如代码8所示，里面的类型参数反映了Lambda的签名——两个int参数，一个int返回值。

代码 8

此外，你也可以把这个函数声明为模板函数，如代码9所示。

代码 9

无论你如何声明这个函数，调用的时候都是一样的，而且它们都能接受Lambda或者函数对象作为参数，如代码10所示。

代码 10

捕获变量的值什么时候确定？

现在，我要把代码7的Lambda调整成代码11所示的那样，通过捕获子句而不是参数列表提供输入，这两个参数分别使用不同的传递方式，那么，我在第三行修改这两个参数的值会否对第四行的调用产生影响？

代码 11

如果你运行代码11，你将会看到输出结果是5。为什么？这是因为按值传递在声明Lambda的那一刻就已经确定变量的值了，无论之后外面怎么修改，里面只能访问到声明时传过来的版本；而按引用传递则刚好相反，里面和外面看到的是同一个东西，因此在调用Lambda之前外面的任何修改对里面都是可见的。这种问题在C#里是没有的，因为C#只有按引用传递这种方式。

返回值的类型什么时候可以省略？

最后，我们一直没有提到返回值的类型，编译器会一直帮我们自动推断吗？不会，只有两种情况可以在声明Lambda时省略返回值类型，而前面的例子刚好都满足这两种情况，因此推到现在才说：

• 函数体只包含一条返回语句，如最初的代码1所示。
• Lambda没有返回值，如代码2所示。

当你需要加上返回值的类型时，必须把它放在参数列表后面，并且在返回值类型前面加上"->"符号，如代码12所示。

代码 12

*以上代码均在Visual Studio 2010和Visual Studio 2012 RC上测试通过。