【CPP】Lambda表达式

概述：lambda表达式使用及说明

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lambda表达式说明

lambda表达式的结构如下所示：

auto func = [capture] (params) opt -> ret { func_body; };

其中 func 是可以当作 lambda 表达式的名字，作为一个函数使用，capture 是捕获列表，params 是参数表，opt： 不需要可以省略。 （mutable: 可以修改按值传递进来的拷贝（注意是能修改拷贝，而不是值本身）exception: 指定函数抛出的异常，如抛出整数类型的异常，可以使用 throw ()）， ret 是返回值类型，func_body 是函数体。

auto f = [](int a) -> int { return a + 1; };
std::cout << f(1) << std::endl;  // 输出: 2

使用 lambda 表达式捕获列表

lambda 表达式还可以通过捕获列表捕获一定范围内的变量：

• [] 不捕获任何变量。
• [&] 捕获外部作用域中所有变量，并作为引用在函数体中使用（按引用捕获）。
• [=] 捕获外部作用域中所有变量，并作为副本在函数体中使用（按值捕获）。
• [=，&foo] 按值捕获外部作用域中所有变量，并按引用捕获 foo 变量。
• [bar] 按值捕获 bar 变量，同时不捕获其他变量。
• [this] 捕获当前类中的 this 指针，让 lambda 表达式拥有和当前类成员函数同样的访问权限。如果已经使用了 & 或者 =，就默认添加此选项。捕获 this 的目的是可以在 lamda 中使用当前类的成员函数和成员变量。

捕获列表使用实例

#include <iostream>
#include <functional>
using namespace std;

class lambdaTest
{
public:
	void output(int x, int y)
	{
		//auto x1 = [] {return m_number; };						// error

		auto x2 = [=] {return m_number + x + y; };				// ok
		// auto x3 = [=] { x = 2; return m_number + x + y; };	// error

		auto x4 = [&] {return m_number + x + y; };				// ok

		auto x5 = [this] {return m_number; };					// ok
		//auto x6 = [this] {return m_number + x + y; };			// error
		auto x7 = [this, x, y] {return m_number + x + y; };		// ok
	}

	int m_number = 100;
};

int main()
{
	lambdaTest test;

	test.output(1,2);
}

函数	是否可读	是否可修改	说明
x1	❌	❌	错误，没有捕获外部变量，不能使用任何外部变量
x2	✔️	❌	正确，值传递，可以访问所有外部变量
x3	✔️	❌	错误，值传递，右值可读不可修改
x4	✔️	✔️	正确，引用传递，可读可修改
x5	✔️ this指针的成员变量可读 ❌ 其他变量不可读	✔️ this指针的成员可写 ❌ 其他变量不可写	正确，捕获this指针，可访问this指针的成员
x6	同 x5	同 x5	错误，捕获 this 指针，x 和 y 不是其成员变量，不可访问
x7	✔️ 值传递三个变量，均可读	✔️ this指针成员可修改 ❌ x 和 y 不可修改	正确，捕获 this 指针，x,y

返回值

lambda表达式的返回值通过 ‘->’ 传递，如下所示：

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

如上所示的返回类型还可以使用 decltype 推导返回类型：

decltype 是一个 C++ 关键字，它用于在编译时推断表达式的类型。这在编写通用代码时非常有用，特别是在使用 C++11 引入的 auto 关键字和范围 for 循环时。

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

说明：decltype(a + b) 推导了 a + b 的结果类型，并将该类型作为 lambda 函数的返回类型。

甚至，从 C++14 开始，还可以使用更简洁的方式来推导 lambda 函数的返回类型，即使用 auto 关键字。例如：

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

需要注意的是，使用 auto 推导返回类型的 lambda 函数在某些情况下可能会引发歧义。例如，如果你在 lambda 表达式中返回一个嵌套类型（如 std::pair），auto 可能会被推导为 std::pair，而不是你期望的嵌套类型的具体类型。在这种情况下，使用 decltype 可以更明确地指定返回类型。

其他关键字

使用 lambda 表达式捕获列表捕获外部变量，如果希望去修改按值捕获的外部变量，那么应该如何处理呢？这就需要使用 mutable 选项，被mutable修改是lambda表达式就算没有参数也要写明参数列表，并且可以去掉按值捕获的外部变量的只读（const）属性。

mutable

int a = 0;
auto f1 = [=] {return a++; };              // error, 按值捕获外部变量, a是只读的
auto f2 = [=]()mutable {return a++; };     // ok

💁‍♂️ 注意：mutable 只是允许在函数内部修改值而已，作用域仅限于 lambda 函数内部，参考以下代码及输出：

void lambdaFunc()
{
	auto add1 = [](int x, int y) -> int { return x + y;	};
	auto add2 = [](int x, int y) -> decltype(x + y) { return x + y;	};
	auto add3 = [](int a, int b) -> auto { return a + b; };
	
	auto modify_add = [](int a, int b)  mutable -> auto { a = 3; return a + b; };
	auto value_modify_add = [=](int a, int b)  mutable -> auto { a = 4; return a + b; };
	auto refrence_modify_add = [&](int a, int b)  mutable -> auto { a = 5; return a + b; };
	auto refrence_modify_add_byRef = [&](int& a, int b)  mutable -> auto { a = 6; return a + b; };


	int x = 2, y = 2;

	cout << "add1:" << add1(x, y) << endl; // add1:4
	cout << "add2:" << add2(x, y) << endl; // add2:4
	cout << "add3:" << add3(x, y) << endl; // add3:4

	cout << "modify_add:" << value_modify_add(x, y) << endl;  // modify_add:5
	cout << "x=" << x << endl; // x=2
	cout << "value_modify_add:" << value_modify_add(x, y) << endl; // value_modify_add:6
	cout << "x=" << x << endl; // x=2
	cout << "value_modify_add:" << refrence_modify_add(x, y) << endl; // value_modify_add:7
	cout << "x=" << x << endl; // x=2
	cout << "refrence_modify_add_byRef:" << refrence_modify_add_byRef(x, y) << endl; // refrence_modify_add_byRef:8
	cout << "x=" << x << endl; // x=6

}

关于为什么通过值拷贝的方式捕获的外部变量是只读的:

lambda表达式的类型在C11中会被看做是一个带 operator() 的类，即仿函数。
按照C标准，lambda表达式的 operator() 默认是 const 的，一个 const 成员函数是无法修改成员变量值的。
mutable 选项的作用就在于取消 operator () 的 const 属性。

因为 lambda 表达式在 C++ 中会被看做是一个仿函数，因此可以使用std::function和std::bind来存储和操作lambda表达式：

void testLambdawithfunction()
{
	// 包装可调用函数
	std::function<int(int)> f1 = [](int a) {return a; };
	// 绑定可调用函数
	std::function<int(int)> f2 = bind([](int a) {return a; }, placeholders::_1);

	// 绑定可修改的函数
	std::function<int(int&, int)> f3 = [](int& a, int b) { a = 3; return a + b; };
	// 绑定可修改的函数
	std::function<int(int&, int)> f4 = bind([](int& a, int b) { a = 4; return a + b; }, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);


	int x = 2, y = 2;

	// 函数调用
	cout << "f1(100)" << f1(100) << endl; // f1(100)100
	cout << "f2(200)" << f2(200) << endl; // f2(200)200
	cout << "f3(x, y)" << f3(x, y) << endl; // f3(x, y)5
	cout << "x=" << x << endl; // x=3
	cout << "f3(x, y)" << f4(x, y) << endl; // f3(x, y)6
	cout << "x=" << x << endl; // x=4
}

对于没有捕获任何变量的 lambda 表达式，还可以转换成一个普通的函数指针：

using func_ptr = int(*)(int);
// 没有捕获任何外部变量的匿名函数
func_ptr f = [](int a)
{
    return a;  
};

// 函数调用
f(1314);

参考文章

• C++——Lambda函数_c++ lambda函数_勿在浮沙築高臺的博客-CSDN博客