C++中的lambda表达式

1.引入背景

在c/c++中，函数有类型，但不存在对应该类型的变量，只能用指针间接操作。函数是全局的，没有作用域和生存周期的概念（static，namespace只是限定了范围，避免命名冲突）。此外，函数中不能定义函数，即不能嵌套定义。

变量和函数是程序最重要的两个部分。变量有类型，有值，有作用域。而函数有类型，没有值，没有作用域。因此，两者不能一致的处理。

c++11引入lambdas表达式，它是一个变量，可以随时定义函数，有作用域和生命周期，实现了函数的局部化。

2.lambda的形式

C++ 没有为 lambda 表达式引入新的关键字，只是用 [ ]作为表达式的引出符，后面像普通函数一样，（）中声明函数参数，{}中定义函数体。

auto f1 = [](){};

lambda 表达式可以嵌套定义。

auto f1 = []()                
{
    auto f2 = [](int x)         // 嵌套定义lambda表达式
    {
        return x*x;
    };
  
};

下面是一个直接调用lambda表达式的示例：

#include <iostream>
int main()
{
  []{
     std::cout <<"hello lambda" <<std::endl; 
  }();
  return 0;
}

运行结果

hello lambda

实际上，我们很少在定义时直接调用，而是采用如下方式：

#include <iostream>
int main()
{
  auto f = []{
     std::cout <<"hello lambda" <<std::endl; 
  };
  
  f();
  return 0;
}

运行结果同上。

2.变量捕获

“[=]”表示按值捕获所有外部变量，表达式内部是值的拷贝，并且不能修改；

“[&]”是按引用捕获所有外部变量，内部以引用的方式使用，可以修改；

[]”里明确写出外部变量名，指定按值或者按引用捕获，

2.1捕获值

下面的例子中，变量id以值的方式进入lambda表达式。执行f()时，虽然id已经自增，但是 lambdas捕获id时，id的值是0，因此输出0；main中输出id是自增后的值。

#include <iostream>
int main()
{
  int id = 0;
  auto f = [id](){
      std::cout <<"id = " << id <<std::endl;     
  };
  
  id++;
  f();
  std::cout <<"id = " << id <<std::endl;    
  return 0;
}

运行结果

id = 0
id = 1

2.2捕获引用

变量id以引用的方式进入lambda表达式

#include <iostream>
int main()
{
  int id = 0;
  auto f = [&id](){
      id = id+10;
      std::cout <<"id = " << id <<std::endl;     
  };
  
  id++;
  f();
  std::cout <<"id = " << id <<std::endl;    
  return 0;
}

运行结果

id = 11
id = 11

3.泛型的 lambda

在 C++14 里，lambda 表达式可以实现“泛型化”，相当于简化了的模板函数。下面的例子中，整型，浮点型，字符串都可以传给lambda表达式。

#include <iostream>
#include <string>
int main()
{
    auto f = [](const auto& x)        // 参数使用auto声明，泛型化
    {
        return x + x;
    };
    
    std::string str = "matrix";
    std::cout <<"f(3) = " << f(3) << std::endl;             // 参数类型是int
    std::cout <<"f(0.8) = "<< f(0.8) << std::endl;         // 参数类型是double
    std::cout << "f(str) = " << f(str) << std::endl;          // 参数类型是string  
    return 0;
}

运行结果

f(3) = 6
f(0.8) = 1.6
f(str) = matrixmatrix