什么是C++ 11中的lambda表达式?

Nawaz 1307 c++ lambda c++-faq c++11

什么是C++ 11中的lambda表达式?我什么时候用?他们解决了哪些问题在引入之前是不可能的?

一些示例和用例将是有用的.

Flexo.. 1323

问题

C++包含有用的通用函数,例如std::for_eachstd::transform,它们非常方便.不幸的是,他们也可以是相当繁琐的使用,特别是如果函子,你想申请是唯一的特定功能.

#include <algorithm>
#include <vector>

namespace {
  struct f {
    void operator()(int) {
      // do something
    }
  };
}

void func(std::vector<int>& v) {
  f f;
  std::for_each(v.begin(), v.end(), f);
}

如果你只使用f一次并且在那个特定的地方,那么写一个全班只是为了做一些微不足道的事情似乎有点过分了.

在C++ 03中,您可能想要编写类似下面的内容,以保持函数本地:

void func2(std::vector<int>& v) {
  struct {
    void operator()(int) {
       // do something
    }
  } f;
  std::for_each(v.begin(), v.end(), f);
}

但是这是不允许的,f不能传递给C++ 03中的模板函数.

新的解决方案

C++ 11引入了lambdas,允许你编写一个内联的匿名函子来替换struct f.对于小的简单示例,这可以更清晰地阅读(它将所有内容保存在一个地方)并且可能更简单地维护,例如以最简单的形式:

void func3(std::vector<int>& v) {
  std::for_each(v.begin(), v.end(), [](int) { /* do something here*/ });
}

Lambda函数只是匿名函子的语法糖.

返回类型

在简单的情况下,lambda的返回类型是为您推导出来的,例如:

void func4(std::vector<double>& v) {
  std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(),
                 [](double d) { return d < 0.00001 ? 0 : d; }
                 );
}

但是当你开始编写更复杂的lambda时,很快就会遇到编译器无法推断出返回类型的情况,例如:

void func4(std::vector<double>& v) {
    std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(),
        [](double d) {
            if (d < 0.0001) {
                return 0;
            } else {
                return d;
            }
        });
}

要解决此问题,您可以使用以下方法显式指定lambda函数的返回类型-> T:

void func4(std::vector<double>& v) {
    std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(),
        [](double d) -> double {
            if (d < 0.0001) {
                return 0;
            } else {
                return d;
            }
        });
}

"捕获"变量

到目前为止,我们还没有使用除了传递给lambda之外的任何东西,但我们也可以在lambda中使用其他变量.如果要访问其他变量,可以使用capture子句([]表达式),这些子句在这些示例中尚未使用,例如:

void func5(std::vector<double>& v, const double& epsilon) {
    std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(),
        [epsilon](double d) -> double {
            if (d < epsilon) {
                return 0;
            } else {
                return d;
            }
        });
}

您可以通过引用和值捕获,您可以分别使用&和指定=:

  • [&epsilon] 通过引用捕获
  • [&] 通过引用捕获lambda中使用的所有变量
  • [=] 按值捕获lambda中使用的所有变量
  • [&, epsilon] 捕获变量,如[&],但epsilon值
  • [=, &epsilon] 捕获变量,如[=],但epsilon通过引用

默认情况下生成的operator()const隐式,默认情况下,const当您访问它们时捕获将是.这具有以下效果:具有相同输入的每个调用将产生相同的结果,但是您可以将lambda标记为mutable请求operator()生成的不是const.

  • 如果你想在你的程序中使用lambdas作为变量,你可以使用:`std :: function <double(int,bool)> f = [](int a,bool b) - > double {...};`但通常,我们让编译器推断出类型:`auto f = [](int a,bool b) - > double {...};`(并且不要忘记`#include <functional>`) (34认同)
  • @Yakk你被困了.没有捕获的lambdas有一个隐式转换为函数类型指针.转换函数总是`const` ... (8认同)
  • 我想不是每个人都明白为什么`返回d <0.00001?0:d;`保证返回double,当其中一个操作数是一个整数常量时(这是因为?:运算符的隐式提升规则,其中第二和第三个操作数通过通常的算术转换相互平衡无论哪一个被选中).更改为"0.0:d"可能会使示例更容易理解. (8认同)
  • @ JohannesSchaub-litb哦偷偷摸摸 - 当你调用`()`时它会发生 - 它作为零参数lambda传递,但因为`()const`与lambda不匹配,它会查找类型转换它允许它,包括隐式转换为函数指针,然后调用它!偷偷摸摸的! (2认同)
  • 有意思 - 我原本以为lambdas是匿名*函数*而不是函子,并且对于捕获如何工作感到困惑. (2认同)

pmr.. 771

什么是lambda函数?

lambda函数的C++概念起源于lambda演算和函数编程.lambda是一个未命名的函数,对于不可重用且不值得命名的短代码片段(在实际编程中,而不是理论上)很有用.

在C++中,lambda函数定义如下

[]() { } // barebone lambda

或者尽其所能

[]() mutable -> T { } // T is the return type, still lacking throw()

[]是捕获列表,()参数列表和{}函数体.

捕获列表

捕获列表定义了lambda外部应该在函数体内可用的内容以及如何使用.它可以是:

  1. 一个值:[x]
  2. 参考文献[&x]
  3. 目前在参考范围内的任何变量[&]
  4. 与3相同,但按值[=]

您可以在逗号分隔列表中混合上述任何内容[x, &y].

参数列表

参数列表与任何其他C++函数相同.

功能体

实际调用lambda时将执行的代码.

退货类型扣除

如果lambda只有一个return语句,则返回类型可以省略,并且隐式类型为decltype(return_statement).

易变的

如果lambda被标记为可变(例如[]() mutable { }),则允许变异已经通过值捕获的值.

用例

ISO标准定义的库很大程度上受益于lambda,并提高了几个条形码的可用性,因为现在用户不必在一些可访问的范围内使用小仿函数来混淆代码.

C++ 14

在C++ 14中,lambdas已被各种提议扩展.

初始化的Lambda捕获

现在可以使用初始化捕获列表的元素=.这允许重命名变量并通过移动捕获.从标准中取得的一个例子:

int x = 4;
auto y = [&r = x, x = x+1]()->int {
            r += 2;
            return x+2;
         }();  // Updates ::x to 6, and initializes y to 7.

以及从Wikipedia中获取的一个显示如何捕获std::move:

auto ptr = std::make_unique<int>(10); // See below for std::make_unique
auto lambda = [ptr = std::move(ptr)] {return *ptr;};

通用Lambda

Lambdas现在可以是通用的(如果在周围范围内某处是类型模板参数,则auto等效于T此处 T):

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

改进的返回类型扣除

C++ 14允许为每个函数推导出返回类型,而不是将其限制为表单的函数return expression;.这也扩展到了lambdas.

  • @RamakrishnanKannan:1)()在定义它之后立即调用lambda并给y返回值.变量y是整数,而不是lambda.2)否,x = 5是lambda的局部值(按值进行捕获,恰好与外部作用域变量x具有相同的名称),然后返回x + 2 = 5 + 2.外部变量x的重新分配通过引用r发生:`r =&x; r + = 2;`,但这发生在原始值4. (3认同)

nobar.. 161

Lambda表达式通常用于封装算法,以便将它们传递给另一个函数.但是,可以在定义时立即执行lambda:

[&](){ ...your code... }(); // immediately executed lambda expression

在功能上等同于

{ ...your code... } // simple code block

这使得lambda表达式成为重构复杂函数的强大工具.首先将代码段包装在lambda函数中,如上所示.然后可以在每个步骤之后通过中间测试逐渐执行显式参数化的过程.一旦您完全参数化了代码块(如删除所示&),您可以将代码移动到外部位置并使其成为正常功能.

同样,您可以使用lambda表达式根据算法的结果初始化变量 ...

int a = []( int b ){ int r=1; while (b>0) r*=b--; return r; }(5); // 5!

作为一种分区程序逻辑的方法,你甚至可能会发现将lambda表达式作为参数传递给另一个lambda表达式很有用......

[&]( std::function<void()> algorithm ) // wrapper section
   {
   ...your wrapper code...
   algorithm();
   ...your wrapper code...
   }
([&]() // algorithm section
   {
   ...your algorithm code...
   });

Lambda表达式还允许您创建命名嵌套函数,这可以是避免重复逻辑的便捷方法.当将非平凡函数作为参数传递给另一个函数时,使用命名的lambdas在眼睛上也会更容易(与匿名内联lambda相比). 注意:关闭大括号后不要忘记分号.

auto algorithm = [&]( double x, double m, double b ) -> double
   {
   return m*x+b;
   };

int a=algorithm(1,2,3), b=algorithm(4,5,6);

如果后续分析显示函数对象的显着初始化开销,您可以选择将其重写为普通函数.

  • 所以以下是一个合法的表达式:`[](){}();`. (68认同)
  • 您是否意识到这个问题是在1.5年前被问到的,而且最后一次活动是差不多1年前的?无论如何,你正在贡献一些我以前从未见过的有趣想法! (11认同)
  • 啊! Python的`(lambda:None)()`语法非常清晰. (8认同)
  • @nobar - 你是对的,我输错了.这是合法的(我这次测试了)`main(){{{{((([](){{}}())));}}}}` (8认同)
  • 感谢您同时定义并执行提示!我认为值得注意的是,它作为`if`语句的一个条目:`if([i] {for(char j:i)if(!isspace(j))return false; return true;}()) //我是所有whitespace`,假设`i`是`std :: string` (7认同)
  • @MarkLakata:[嵌套函数](http://en.wikipedia.org/wiki/Nested_function)可以在***中声明*,如果需要,甚至可以引用外部函数的数据. (2认同)

bruziuz.. 37

答案

问:C++ 11中的lambda表达式是什么?

答:在引擎盖下,它是一个带有重载operator()const的自动生成类的对象.这种对象称为闭包,由编译器创建.这个'闭包'概念接近于C++ 11中的绑定概念.但是lambdas通常会生成更好的代码.通过闭包调用允许完全内联.

问:我什么时候使用?

答:定义"简单和小逻辑"并要求编译器执行上一个问题的生成.你给编译器一些你想要在operator()中的表达式.编译器将为您生成所有其他东西.

问:他们解决了哪些问题在引入之前是不可能的?

答:这是某种语法糖,比如运算符重载而不是自定义添加,子作用操作的函数......但它保存了更多不需要的代码行,将1-3行真实逻辑包装到某些类等等!一些工程师认为,如果线的数量较少,那么在其中产生错误的机会就会减少(我也这么认为)

用法示例

auto x = [=](int arg1){printf("%i", arg1); };
void(*f)(int) = x;
f(1);
x(1);

关于lambdas的额外内容,未提及问题.如果您不感兴趣,请忽略此部分

1.捕获的价值.你可以捕获什么

1.1.您可以在lambdas中引用具有静态存储持续时间的变量.他们都被抓获了.

1.2.您可以使用lambda"按值"捕获值.在这种情况下,捕获的变量将被复制到函数对象(闭包).

[captureVar1,captureVar2](int arg1){}

1.3.你可以捕获参考.& - 在这种情况下意味着参考,而不是指针.

   [&captureVar1,&captureVar2](int arg1){}

1.4.它存在通过值或引用捕获所有非静态变量的符号

  [=](int arg1){} // capture all not-static vars by value

  [&](int arg1){} // capture all not-static vars by reference

1.5.它存在通过值或通过引用捕获所有非静态变量并指定smth的表示法.更多.示例:按值捕获所有非静态变量,但通过引用捕获Param2

[=,&Param2](int arg1){} 

通过引用捕获所有非静态变量,但通过值捕获Param2

[&,Param2](int arg1){} 

2.退货类型扣除

2.1.如果lambda是一个表达式,则可以推导出Lambda返回类型.或者您可以明确指定它.

[=](int arg1)->trailing_return_type{return trailing_return_type();}

如果lambda有多个表达式,则必须通过尾随返回类型指定返回类型.此外,类似的语法可以应用于自动函数和成员函数

3.捕获的值.什么你无法捕捉

3.1.您只能捕获本地变量,而不能捕获对象的成员变量.

4.Сonversions

4.1 !! Lambda不是函数指针,它不是匿名函数,但可以将无捕获的 lambdas隐式转换为函数指针.

PS

  1. 有关lambda语法信息的更多信息,请参阅编程语言C++#337,2012-01-16,5.1.2的工作草案.Lambda表达式,第88页

  2. 在C++ 14中,添加了名为"init capture"的额外功能.它允许对闭包数据成员进行仲裁声明:

    auto toFloat = [](int value) { return float(value);};
    auto interpolate = [min = toFloat(0), max = toFloat(255)](int value)->float { return (value - min) / (max - min);};
    

  • 我没有掩饰吗?为什么我要减去? (2认同)

Ted.. 13

lambda函数是您在线创建的匿名函数.它可以像某些人所解释的那样捕获变量(例如http://www.stroustrup.com/C++11FAQ.html#lambda),但是有一些限制.例如,如果有这样的回调接口,

void apply(void (*f)(int)) {
    f(10);
    f(20);
    f(30);
}

你可以在现场编写一个函数来使用它,如下所示:

int col=0;
void output() {
    apply([](int data) {
        cout << data << ((++col % 10) ? ' ' : '\n');
    });
}

但你不能这样做:

void output(int n) {
    int col=0;
    apply([&col,n](int data) {
        cout << data << ((++col % 10) ? ' ' : '\n');
    });
}

由于C++ 11标准的限制.如果你想使用捕获,你必须依赖于库和

#include <functional> 

(或其他一些STL库,如算法间接获取它),然后使用std :: function而不是将普通函数作为参数传递,如下所示:

#include <functional>
void apply(std::function<void(int)> f) {
    f(10);
    f(20);
    f(30);
}
void output(int width) {
    int col;
    apply([width,&col](int data) {
        cout << data << ((++col % width) ? ' ' : '\n');
    });
}


gbk.. 10

lambda expressionC++ Bjarne Stroustrup的作者在他的书***The C++ Programming Language***第11章(ISBN-13:978-0321563842)中给出了最好的解释之一:

What is a lambda expression?

lambda表达式,有时也被称作拉姆达 函数或(严格地说不正确,但通俗),为 的λ,是用于定义和使用简化的表示法匿名功能对象.我们可以使用简写,而不是使用operator()定义命名类,稍后创建该类的对象,最后调用它.

When would I use one?

当我们想要将操作作为参数传递给算法时,这尤其有用.在图形用户界面(以及其他地方)的上下文中,这种操作通常被称为回调.

What class of problem do they solve that wasn't possible prior to their introduction?

在这里,我想用lambda表达式完成的每个动作都可以在没有它们的情况下解决,但代码更多,复杂度更高.Lambda表达式这是对代码进行优化的一种方式,也是一种使其更具吸引力的方法.令Stroustup感到难过:

有效的优化方式

Some examples

通过lambda表达式

void print_modulo(const vector<int>& v, ostream& os, int m) // output v[i] to os if v[i]%m==0
{
    for_each(begin(v),end(v),
        [&os,m](int x) { 
           if (x%m==0) os << x << '\n';
         });
}

或通过功能

class Modulo_print {
         ostream& os; // members to hold the capture list 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'; 
           }
};

甚至

void print_modulo(const vector<int>& v, ostream& os, int m) 
     // output v[i] to os if v[i]%m==0
{
    class Modulo_print {
        ostream& os; // members to hold the capture list
        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';
           }
     };
     for_each(begin(v),end(v),Modulo_print{os,m}); 
}

如果你需要你可以lambda expression如下命名:

void print_modulo(const vector<int>& v, ostream& os, int m)
    // output v[i] to os if v[i]%m==0
{
      auto Modulo_print = [&os,m] (int x) { if (x%m==0) os << x << '\n'; };
      for_each(begin(v),end(v),Modulo_print);
 }

或者假设另一个简单的样本

void TestFunctions::simpleLambda() {
    bool sensitive = true;
    std::vector<int> v = std::vector<int>({1,33,3,4,5,6,7});

    sort(v.begin(),v.end(),
         [sensitive](int x, int y) {
             printf("\n%i\n",  x < y);
             return sensitive ? x < y : abs(x) < abs(y);
         });


    printf("sorted");
    for_each(v.begin(), v.end(),
             [](int x) {
                 printf("x - %i;", x);
             }
             );
}

将产生下一个

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0 sortedx - 1; x - 3; x - 4; x - 5; x - 6; x - 7; x - 33;

[]- 这是捕获列表或lambda introducer:如果lambdas不需要访问其本地环境,我们可以使用它.

从书中引用:

lambda表达式的第一个字符始终为[.lambda介绍人可以采取各种形式:

[]:空捕获列表.这意味着在lambda体中不能使用周围上下文中的本地名称.对于这样的lambda表达式,数据是从参数或非局部变量获得的.

[&]:通过引用隐式捕获.可以使用所有本地名称.通过引用访问所有局部变量.

[=]:按值隐式捕获.可以使用所有本地名称.所有名称都是指在lambda表达式的调用点处获取的局部变量的副本.

[capture-list]: 显式捕获; capture-list是要通过引用或值捕获(即存储在对象中)的局部变量的名称列表.名称前面带有&的变量通过引用捕获.其他变量按值捕获.捕获列表也可以包含此名称,后跟名称作为元素.

[&,capture-list]:通过引用隐式捕获名称未在列表中提及的所有局部变量.捕获列表可以包含此内容.列出的名称不能以&开头.捕获列表中命名的变量按值捕获.

[=,capture-list]:通过值隐式捕获列表中未提及名称的所有局部变量.捕获列表不能包含此内容.列出的名称必须以&开头.捕获列表中命名的变量通过引用捕获.

请注意,以&开头的本地名称始终通过引用捕获,而未由&表示的本地名称始终按值捕获.仅通过引用捕获允许修改调用环境中的变量.

Additional

Lambda expression 格式

在此输入图像描述

其他参考:


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