匿名函数 lambda表达式（lambda expression）

时间：2022-11-12 18:55:16

阅读g2log时，发现有两行代码居然看不懂。

1. auto bg_call =  [this, log_directory]() {return pimpl_->backgroundChangeLogFile(log_directory);};

2. auto bg_call = [&]() {return pimpl_->backgroundFileName();};

 

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8C%BF%E5%90%8D%E5%87%BD%E6%95%B0#C.2B.2B 中有所描述

C++ 98/03

C++ 98/03标准并不原生支持匿名函数。不过可以利用Boost库的Boost.Lambda来实现一个匿名函数。

C++ 11

C++11标准提供了匿名函数的支持，在《ISO/IEC 14882:2011》（C++11标准文档）中叫做lambda表达式。一个lambda表达式有如下的形式：

[capture] (parameters) mutable exception attribute -> return_type { body }

必须用方括号括起来的capture列表来开始一个lambda表达式的定义。

lambda函数的形参表比普通函数的形参表多了3条限制：

  1. 参数不能有缺省值
  2. 不能有可变长参数列表
  3. 不能有无名参数

如果lambda函数没有形参且没有mutable、exception或attribute声明，那么参数的空圆括号可以省略。但如果需要给出mutable、exception或attribute声明，那么参数即使为空，圆括号也不能省略。

如果函数体只有一个return语句，或者返回值类型为void，那么返回值类型声明可以被省略：

[capture](parameters){body}

一个lambda函数的例子如下：

[](int x, int y) { return x + y; } // 從return語句中隱式獲得的返回值類型
[](int& x) { ++x; }   // 沒有return語句 -> lambda函數的返回值為void
[]() { ++global_x; }  // 沒有參數，僅僅是訪問一個全局變量
[]{ ++global_x; }     // 與前者相同，()可以被省略

在上面的第一个例子中这个无名函数的返回值是decltype(x+y)。如果lambda函数体的形式是return expression，或者什么也没返回，或者所有返回语句用decltype都能检测到同一类型，那么返回值类型可以被省略。

返回值类型可以显式指定，如下所示：

[](int x, int y) -> int { int z = x + y; return z; }

在这个例子中，一个临时变量，z，被创建来存储中间过程。与一般的函数一样，中间值在调用的前后并不存在。什么也没有返回的lambda表达式无需显式指定返回值，没有必要写-> void代码。

lambda函数可以捕获lambda函数外的具有automatic storage duration的变量，即函数的局部变量与函数形参变量。函数体与这些变量的集合合起来称做闭包。这些外部变量在声明lambda表达式时列在在方括号[和]中。空的方括号表示没有外界变量被capture或者按照默认方式捕获外界变量。这些变量被传值捕获或者引用捕获。对于传值捕获的变量，默认为只读（这是由于lambda表达式生成的为一个函数对象，它的operator()成员缺省有const属性）。修改这些传值捕获变量将导致编译报错。但在lambda表达式的参数表的圆括号后面使用mutable关键字，就允许lambda函数体内的语句修改传值捕获变量，这些修改与lambda表达式（实际上是用函数对象实现）有相同的生命期，但不影响被传值捕获的外部变量的值。lambda函数可以直接使用具有static存储期的变量。如果在lambda函数的捕获列表中给出了static存储期的变量，编译时会给出警告，仍然按照lambda函数直接使用这些外部变量来处理。因此具有static存储期的变量即使被声明为传值捕获，修改该变量实际上直接修改了这些外部变量。编译器生成lambda函数对应的函数对象时，不会用函数对象的数据成员来保持被“捕获”的static存储期的变量。示例：

[]        // 沒有定義任何變量，但必须列出空的方括号。在Lambda表達式中嘗試使用任何外部變量都會導致編譯錯誤。
[x, &y]   // x是按值傳遞，y是按引用傳遞
[&]       // 任何被使用到的外部變量都按引用傳入。
[=]       // 任何被使用到的外部變量都按值傳入。
[&, x]    // x按值傳入。其它變量按引用傳入。
[=, &z]   // z按引用傳入。其它變量按值傳入。

下面这个例子展示了lambda表达式的使用：

std::vector<int> some_list{ 1, 2, 3, 4, 5 };
int total = 0;
std::for_each(begin(some_list), end(some_list), [&total](int x) {  total += x; } );
在类的非静态成员函数中定义的lambda表达式可以显式或隐式捕捉this指针，从而可以引用所在类对象的数据成员与函数成员。

lambda函数的函数体中，可以访问下述变量：

  • 函数参数
  • 局部声明的变量
  • 类数据成员（当lambda表达式声明在类中），需要注意的是实际上捕获了对象的this指针。
  • 具有静态存储期的变量（如全局变量）
  • 被捕获的外部变量
    • 显式捕获的变量
    • 隐式捕获的变量，使用默认捕获模式（传值或引用）来访问。

lambda函数的数据类型是函数对象，保存时必须用std::function模板类型或auto关键字。 例如：

#include <functional>
#include <vector>
#include <iostream>

double eval(std::function <double(double)> f, double x = 2.0)
{
return f(x);
}

int main()
{
std::function<double(double)> f0    = [](double x){return 1;};
auto                          f1    = [](double x){return x;};
decltype(f0)                  fa[3] = {f0,f1,[](double x){return x*x;}};
std::vector<decltype(f0)>     fv    = {f0,f1};
fv.push_back                  ([](double x){return x*x;});
for(int i=0;i<fv.size();i++)
std::cout << fv[i](2.0) << std::endl;
for(int i=0;i<3;i++)
std::cout << fa[i](2.0) << std::endl;
for(auto &f : fv)
std::cout << f(2.0) << std::endl;
for(auto &f : fa)
std::cout << f(2.0) << std::endl;
std::cout << eval(f0) << std::endl;
std::cout << eval(f1) << std::endl;
std::cout << eval([](double x){return x*x;}) << std::endl;
return 0;
}

一个lambda函数的捕捉表达式为空，则可以用普通函数指针存储或调用。例如：

auto a_lambda_func = [](int x) { /*...*/ };
void (* func_ptr)(int) = a_lambda_func;
func_ptr(4); //calls the lambda.

C++14

C++14增加了初始捕获（init capture）。由于lambda表达式实际构造了一个函数对象，初始捕获实质是初始化了函数对象的成员。C++14还允许lambda函数的形参使用auto关键字作为其类型，这实质上是函数对象的operator()成员作为模板函数；并且允许可变参数模板。

auto a_lambda_func = [data1=101](int x) { /*...*/ }; //初始捕获，实质上是在函数对象增加了数据成员data1并初始化

auto ptr = std::make_unique<int>(10); //See below for std::make_unique
auto lambda1 = [ptr = std::move(ptr)] {return *ptr;}
          //大致等效于：   
auto lambda2 = [ptr = std::make_unique<int>(10)] {return *ptr;}

auto lambda3 = [](auto x, auto y) {return x + y;} //lambda函数的形参类型为auto
struct unnamed_lambda                            //这相当于函数对象：
{
  template<typename T, typename U>
    auto operator()(T x, U y) const {return x + y;}
};

auto lambda4 = [](auto&&... params)             //可变参数的函数模板
{     return (foo(std::forward<decltype(params)>(params)...));}
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