C++——lambda表达式
介绍
lambda表达式是一种局部类类型,它含有一个构造函数,和一个const成员函数operator()()。
lambda表达式除了能做参数外,还能用于初始化一个声明为auto或者std::function<R(LA)>的变量。R是lambda的返回类型,LA是它的类型参数列表。
组成部件
- 一个可能为空的捕获列表,指明定义环境中哪些名字能够被用在lambda表达式中,以及这些名字是被拷贝还是引用。捕获列表位于[]中。 补充: 静态变量不能也不需要被捕获。
- 一个可选的参数列表。指明所需要的参数,位于()中。补充 当无参数时,可以省略。
- 一个可选的mutable修饰符,当需要修改通过值捕获的变量的副本时,位于()之后。
- 一个可选的noexcept修饰符,表明无异常被抛出。位于mutable修饰符之后。
- 一个可选的->形式的返回类型声明,可与decltype一起搭配使用。
- 一个表达式体,指明要执行的代码,位于{}块中。
实现模型
对于lambda表达式而言,有着很多种表述方法,并且有着多中优化途径。如果把lambda表达式看成是一种定义并使用函数对象的便捷方式,那么便于理解。
假设有这么一个例子:
void print_modulo(const vector<int>& v, ostream& os, int m)
{for_each(begin(v), end(v),[&os, m](int x) {if (x % m == 0) os << x << '/n';});
}
我们可以将其中的lambda表达式改写成一个函数对象:
class Modulo_print
{ostream& os;int m;
public :Modulo_print(ostream& s, int mm) :os{ s }, m{ mm } {}void operator() (int x) const {if (x % m == 0) os << x << '/n';}
};
并且改写之前的例子:
void print_modulo(const vector<int>& v, ostream& os, int m)
{for_each(begin(v), end(v),Modulo_print{os, m});
}
我们把由lambda表达式生成的函数对象称为闭包对象 (闭包)。
如果lambda表达式通过引用 ([&]) 捕获它定义环境中的每一个局部变量,则其闭包对象则可以优化为简单的包含一个指向外层栈框架的指针。
捕获
lambda表达式的主要用途是封装一部分代码以便将其用做参数。
有些lambda表达式无需访问它的局部环境,这样lambda表达式使用空引入符 [ ] 定义。
lambda引入符的形式有很多:
- [ ]空捕获列表,在lambda表达式内部无法使用其外层上下文中的任何局部名字,其数据需要从实参或者非局部变量中获得。
- [&]通过引用隐式捕获。所有局部变量通过引用使用。
- [=]通过值隐式捕获。所有局部变量通过拷贝使用,这些副本是在lambda表达式的调用点获得的。
- [捕获列表] 显式捕获。通过引用或者值方式捕获其局部变量。捕获列表中可以出现this (通过值方式捕获) 和 紧跟…的名字以表示的元素。
- [&, 捕获列表] 对于出现在捕获列表中的名字以值方式捕获,不能以&为名字前缀。捕获列表可以出现this。
- [=, 捕获列表] 对于出现在捕获列表中的名字以引用方式捕获,必须以&为前缀,捕获列表中不能出现this。
对于lambda表达式来说,当把lambda传递给另一个线程时,用值捕获更优,通过引用或者指针访问其他线程中的内容是一种危险操作,对于性能和正确性来说都是如此。
对于可变模板参数的捕获示例:
template <typename...Var>
void algo(int s, Var... var)
{
auto helper = [&s, &var...]{return s * (h1(var...) + h2(var...)); };
}
生命周期
lambda表达式的生命周期可能比它的被调用者更长。当我们把lambda表达式传递给另一个线程或者存在别处以供后续使用的时候。
例如:
void setup(Menu& m)
{
Point p1, p2, p3;
m.add("draw a triangle", [&]{m.draw(p1, p2, p3); }); //可能会发生程序错误
}
当setup完成之后,我们可能需要画一个三角型,此时lambda表达式将会访问一个已经不存在的局部变量。
如果我们发现一个lambda表达式的生命周期可能比它的调用者更长,则我们需要确保所有局部信息都已经被拷贝到闭包对象中去。
m.add("draw a triangle", [=]{m.draw(p1, p2, p3); });
lambda与this
当lambda表达式被用在成员函数当中,我们怎样去访问类成员变量呢?我们通过捕获this指针来访问类成员对象。
例如:
template <typename T>
class Request
{typedef typename vector<T>::value_type result;function<result(const vector<T>&)> oper;vector<T> values;result results;
public:void execute(){[this] {results = oper(values);};}
};
类成员变量是通过this访问的,在lambda表达式中[this] 和 [=] 互不兼容,因此一不小心就可能在多线程程序中造成竞争条件。
mutable的lambda表达式
如果希望在lambda表达式修改函数对象的状态,即修改通过值捕获的变量,则可以使用mutable修饰符:
void algo()
{int count = 100;[count]()mutable {return --count;};
}
lambda表达式与返回类型
lambda表达式的大多数规则都是从类和函数借鉴过来的,然而需要有两点需要注意:
- 如果lambda表达式不需要任何参数,则参数列表可以省略。因此lambda表达式的最简形式是[]{}。
- lambda表达式的返回类型可以有其本身推断得到,而函数(方法)不行。
如果在一条lambda表达式的主体部分不包含return语句,则其返回类型为void。
如果lambda表达式只包含一条return语句,则返回类型是return表达式的类型。 其他情况,必须显式定义一个返回类型。
lambda表达式的类型
任意两个lambda表达式的类型都不相同,一旦两个lambda表达式的类型相同,则模板实例化机制就无法识别它们了。
例如:
auto algo = [&algo](char* b, char* a) {swap(*b, *--a); algo(++b, a);};
由于algo的类型并没有在使用之前被推断出来,因此上面的写法是错误的。
使用function包装器可以存入函数对象。就可以保证,在使用之前, algo的类型就已经知道了。
function<void (char*b, char*a)> algo = [&](char* b, char* a) {swap(*b, *--a); algo(++b, a);};
如果我们只是想给lambda表达式起个名字,而不会在主体内部递归的使用它。则:
auto algo = [&](char* b, char* a) {swap(*b, *--a); };
是没有问题的。
如果lambda表达式什么也不捕获,则我们可以把它赋值给一个指向正确类型的函数指针。
double (*fun) (double a) = [](double a) {return sqrt(a);};
但行好事, 莫问前程!
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