C++ Lambda函数

时间：2025-02-25 11:34:39

1. 基本概念
2. 语法逻辑
 2.1 语义规定
 2.2 基本语法
 2.3 传递Lambda函数
3. 浅谈函数式编程

1. 基本概念

Lambda函数，亦称为Lambda表达式、匿名函数等，是一种函数对象，Lambda函数可以让函数像普通变量一样进行赋值、传递、函数返回等操作。C++中的Lambda函数经常用来解决如下问题：

  • 使得程序更加简洁，尤其对于一次性使用的函数。
  • 使得函数可以*流动，就像变量一样，这给函数式编程模式奠定了语法基础。

2. 语法逻辑

2.1 语义规定

[capture list](params list)mutable exception → return type{functionbody}

解析：

  • captrue list: 外部变量列表
  • params list: 形参列表
  • mutable: 是否可以修改外部变量。
    • 默认情况下，Lambda函数总是一个const函数，mutable可以取消其常量性。
    • 在使用mutable时，形参列表不可省略
  • exception: 异常设定
  • return type: 返回类型
    • 可以不需要声明返回值，此时返回类型相当于使用decltyp根据返回值推断得到
  • function body: 函数体

2.2 基本语法

下面用一些简明的例子，说明如何编写并使用Lambda表达式：


外部参数捕获

#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int a = 1;
    int b = 2;

    int sum = [a, b]()->int{return a+b;}();
    cout << "sum: " << sum << endl;

    return 0;
}

在上述代码中，从左到右逐个解释:

  • Lambda函数是：[a,b]()->int{return a+b;}
  • a和b是从外部可见作用域中捕获的变量，默认它们在Lambda函数内部是只读的。
  • ()圆括号内是Lambda函数的形参列表，此处为空，但不可省略。
    • Lambda函数的形参列表一般用于跟容器类结合的时候。
  • ->int 是Lambda函数的返回值类型，可以省略。
  • {}内部就是Lambda函数的具体代码实现。

请注意，最右边的圆括号 () 是对Lambda函数调用的符号，不是Lamdba函数本身，我们可以将此 Lambda 函数当做一个对象，赋值给另一个具名的函数对象，再去调用它来更清楚地看到Lambda函数的本体：

// 将匿名的Lambda函数，赋值给一个名叫f的函数对象
auto f = [a, b]()->int{return a+b;};

// 两种等价的调用函数对象的形式：
int sum = [a, b]()->int{return a+b;}();
int sum = f();

以引用方式捕获外部参数
上述例子捕获的 a 和 b 都是只读的，在Lambda函数内部不可修改，但如果有需要修改这些外部参数，则需要将捕获列表改为引用模式：

[&a, b]()->int{a=100; return a+b;}();

上述代码中：

  • &a 代表以引用模式捕获变量a，此时可以在Lambda函数体内修改变量a

捕获作用域内所有变量
如果作用域内的变量较多，一个个填写到Lambda外部参数列表显然比较麻烦，此时可以用如下代码来一次性全部导入：

// 以传值模式（只读）捕获所有外部变量
[=]()->int{...};

// 以引用模式（读写）捕获所有外部变量
[&]()->int{...};

给Lambda函数传参
就像普通函数一样，可以给Lambda函数传参，比如：

```c++
#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int a = 1;
    int b = 2;

    // 定义一个具有两个int形参的Lambda函数
    // 并将Lambda函数赋值给函数对象sum（相当于起了个名字以便于后续显式调用）
    auto sum =[](int x,int y){return x+y;};

    // 调用函数对象
    cout << sum(a, b) << endl;

    return 0;
}

请注意，上述代码仅仅是为了讲解Lambda函数的形参列表的语法逻辑，而并不是Lambda函数的一般典型用法，因为上述例子已经违背了匿名函数的初衷 —— 将Lambda函数赋值给了一个具名函数对象sum，这么做毫无意义，如果非要定义一个具名函数的话，那么完全可以直接编写一个普通的函数 sum 来达到此功能。

上述代码之所以这么写的原因是，是需要举一个例子来说明Lambda函数的形参的传递过程，而在没有涉及STL容器及其配套算法库函数之前，我们没有用过能被自动调用的函数，因此我们需要一个语句来显式地调用函数，因此就需要一个具名的函数对象sum来承接Lambda函数的功能。

那么，Lambda函数形参列表的典型场景是怎样的呢？这里可以举STL算法库中的最简单的一例加以说明，如果需要对STL容器及其算法库有进一步的了解，请查阅相关课件。

#include <array>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main(int argc, char const *argv[])
{
    // 定义一个静态数组arr（这是一种STL容器，简单理解为一维数组即可）
    array<int, 5> arr = {1,2,3,4,5};

    // 使用算法库函数 count_if() 计算 arr 中的偶数数目
    int num = count_if((), (), [](int m){return m%2==0;});

    cout << "偶数数目是: " << num << endl;

    return 0;
}

说明：

  • 上述代码中，Lambda函数是 [](int m){return m%2==0;}，基本含义是：
    • 不捕获任何外部参数
    • 接受一个 int 型参数，注意此时形参将由算法库函数 count_if() 自动传递给Lambda函数
    • 当形参 m 为偶数时，结果为真
  • count_if() 是C++算法库函数
    • 其基本功能是将容器指定范围内的元素，逐个地传递给Lambda函数进行检测
    • 累计所有检测结果为真的元素，并返回这个累计数目
    • 指定的范围由半开半闭区间 [ (), () ) 规定，其中的 () 和 () 是分别指向容器的迭代器（可看做广义指针），用来界定范围

这样一来就很清楚了，我们利用Lambda匿名函数逐个接收count_if传递过来的参数（即int m，因为容器arr中的元素类型都是int型整数），并判断其是否为偶数，以期达到计算容器中偶数数目的最终目的。

当然，算法库的函数所能接收的函数符（functor）不一定是Lambda匿名函数，Lambda匿名函数只是函数符的其中一种形式，它们还可以是普通的函数指针，还有更常见的类函数对象，这些知识点将在STL容器及算法库相关章节做进一步说明。

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3. 浅谈函数式编程

2.3 传递Lambda函数

Lambda匿名函数被设计为一种对象，这意味着可以将它们作为函数的参数、返回值，有时，那些使用了Lambda函数作为参数、返回值的函数，被称为高阶函数。

Lambda表达式参数
将Lambda表达式作为函数参数，在上述 count_if() 求偶数数目的例子中已有体现：

count_if((), (), [](int m){return m%2==0;});

此处，Lambda表达式 [](int m){return m%2==0;} 就做为第三个参数传递给了 count_if。

Lambda表达式返回值
对于Lambda表达式，作为函数返回值与其他普通的对象语法上没有太大区别，例如：

auto f(int a)
{
    return [=](int b){cout << a+b << endl;};
}

int main()
{
    f(1)(3);
}

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3. 浅谈函数式编程

3. 浅谈函数式编程

        注意，掌握了以上语法细节，并不意味着掌握了Lamba匿名函数，也不意味着掌握了函数式编程思维，Lambda函数最重要的设计目的之一，是给一种编程范式、一种思考角度提供语法方案，这种范式和思维方式就是函数式编程。

函数式编程是一种继过程性编程、面向对象编程之后的新的编程范式，涉及的概念很多，比如上述Lambda函数中的 f(1)(2) 实际可理解为函数的柯里化，还有诸如纯函数、只读数据、高阶函数、函子、单子等概念，是独立的一个编程领域，详情可查阅函数式编程相关课件。

↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓ 以下不可见 ↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓

要弄清楚 函数式编程 的基本思想，首先要弄清楚与之相对应的 命令式编程 ，前者强调的是关联数据的映射，而后者关注的是解决问题的步骤。

举例子
给定一个字符串 "abcdefg"，要求将其翻转为 "gfedcba"，这并不是什么难题，有各种不同的解法，来看下命令式编程思维是怎么思考的？

void revert(char s[], int len)
{
    // 太短，走人
    if(len <= 1)
        return;

    // 首尾元素互换
    swap(s[0], s[len-1]);

    // 中间整体翻转
    revert(s+1, len-2);
}

上述代码是一段典型的递归算法，其思路是分解了解决翻转问题的各个步骤，即：

  • 首先，如果字符串长度太短，则无需翻转，算法结束
  • 否则，就对调首尾两个字符
  • 最后，将中间的若干个字符翻转

这种思路是命令式的，也就是过程性的，将注意力放在了如何构建一个通达目标的解题路径，一步两步三步，最终完成任务。

那函数式编程思维会怎么解这道题呢？函数式思维的注意力主要放在数据的映射上，即设计出一个从 旧 数据向 新 数据变化的映射关系（即函数）：

char * revert(char s[], int len)
{
    // 数据量太少，无法映射
    if(len <= 0)
        return;

    char *rs = new char[len];
    for(int i; len)
    {
        rs[i] = s[len-i];
    }

    return rs;
}

        本文不是我写的，谢谢。主要用于本人学习。

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