lambda表達式

1. 概述

C++ 11 中的 Lambda 表達式用於定義並創建匿名的函數對象，以簡化編程工作。 Lambda 的語法形式如下：

<code>[函數對象參數] (操作符重載函數參數) mutable 或 exception 聲明 -> 返回值類型 {函數體}
/<code>

可以看到，Lambda 主要分為五個部分：[函數對象參數]、(操作符重載函數參數)、mutable 或 exception 聲明、-> 返回值類型、{函數體}.

2. Lambda 語法分析

2.1 [函數對象參數]

標識一個 Lambda 表達式的開始，這部分必須存在，不能省略。函數對象參數是傳遞給編譯器自動生成的函數對象類的構造 函數的。函數對象參數只能使用那些到定義 Lambda 為止時 Lambda 所在作用範圍內可見的局部變量(包括 Lambda 所在類 的 this)。函數對象參數有以下形式：

• 空。沒有任何函數對象參數。
• =。函數體內可以使用 Lambda 所在範圍內所有可見的局部變量（包括 Lambda 所在類的 this），並且是值傳遞方式（相
  當於編譯器自動為我們按值傳遞了所有局部變量）。
• &。函數體內可以使用 Lambda 所在範圍內所有可見的局部變量（包括 Lambda 所在類的 this），並且是引用傳遞方式
  （相當於是編譯器自動為我們按引用傳遞了所有局部變量）。
• this。函數體內可以使用 Lambda 所在類中的成員變量。
• a。將 a 按值進行傳遞。按值進行傳遞時，函數體內不能修改傳遞進來的 a 的拷貝，因為默認情況下函數是 const 的，要
  修改傳遞進來的拷貝，可以添加 mutable 修飾符。
• &a。將 a 按引用進行傳遞。
• a，&b。將 a 按值傳遞，b 按引用進行傳遞。
• =，&a，&b。除 a 和 b 按引用進行傳遞外，其他參數都按值進行傳遞。
• &，a，b。除 a 和 b 按值進行傳遞外，其他參數都按引用進行傳遞。

2.2 (操作符重載函數參數)

標識重載的 () 操作符的參數，沒有參數時，這部分可以省略。參數可以通過按值（如: (a, b)）和按引用 (如: (&a, &b)) 兩種 方式進行傳遞。

2.3 mutable 或 exception 聲明

這部分可以省略。按值傳遞函數對象參數時，加上 mutable 修飾符後，可以修改傳遞進來的拷貝（注意是能修改拷貝，而不是 值本身）。exception 聲明用於指定函數拋出的異常，如拋出整數類型的異常，可以使用 throw(int)。

2.4 -> 返回值類型

標識函數返回值的類型，當返回值為 void，或者函數體中只有一處 return 的地方（此時編譯器可以自動推斷出返回值類型） 時，這部分可以省略。

2.5 {函數體}

標識函數的實現，這部分不能省略，但函數體可以為空。

3. 示例

<code>[] (int x, int y) { return x + y; } // 隱式返回類型
[] (int& x) { ++x;  } // 沒有 return 語句 -> Lambda 函數的返回類型是 'void'
[] () { ++global_x;  } // 沒有參數，僅訪問某個全局變量
[] { ++global_x; } // 與上一個相同，省略了 (操作符重載函數參數)
/<code>

可以像下面這樣顯示指定返回類型：

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

在這個例子中創建了一個臨時變量 z 來存儲中間值。和普通函數一樣，這個中間值不會保存到下次調用。什麼也不返回的 Lambda 函數可以省略返回類型，而不需要使用 -> void 形式。

Lambda 函數可以引用在它之外聲明的變量. 這些變量的集合叫做一個閉包. 閉包被定義在 Lambda 表達式聲明中的方括 號 [] 內。這個機制允許這些變量被按值或按引用捕獲。如下圖的例子：

3.1 示例 1

<code>std::vector some_list;
int total = 0;
for (int i = 0; i < 5; ++i) some_list.push_back(i);
std::for_each(begin(some_list), end(some_list), [&total](int x)
{
    total += x;
});
/<code>

此例計算 list 中所有元素的總和。變量 total 被存為 Lambda 函數閉包的一部分。因為它是棧變量（局部變量）total 引 用，所以可以改變它的值。

3.2 示例 2

<code>std::vector some_list;
int total = 0;
int value = 5;
std::for_each(begin(some_list), end(some_list), [&, value, this](int x)
{
    total += x * value * this->some_func();
});
/<code>

此例中 total 會存為引用, value 則會存一份值拷貝。對 this 的捕獲比較特殊，它只能按值捕獲。this 只有當包含它的最靠近 它的函數不是靜態成員函數時才能被捕獲。對 protect 和 private 成員來說，這個 Lambda 函數與創建它的成員函數有相同 的訪問控制。如果 this 被捕獲了，不管是顯式還是隱式的，那麼它的類的作用域對 Lambda 函數就是可見的。訪問 this 的 成員不必使用 this-> 語法，可以直接訪問。

4. 總結

不同編譯器的具體實現可以有所不同，但期望的結果是: 按引用捕獲的任何變量，Lambda 函數實際存儲的應該是這些變量在 創建這個 Lambda 函數的函數的棧指針，而不是 Lambda 函數本身棧變量的引用。不管怎樣，因為大多數 Lambda 函數都 很小且在局部作用中，與候選的內聯函數很類似，所以按引用捕獲的那些變量不需要額外的存儲空間。

如果一個閉包含有局部變量的引用，在超出創建它的作用域之外的地方被使用的話，這種行為是未定義的!

Lambda 函數是一個依賴於實現的函數對象類型,這個類型的名字只有編譯器知道. 如果用戶想把 lambda 函數做為一個參數來 傳遞, 那麼形參的類型必須是模板類型或者必須能創建一個 std::function 類似的對象去捕獲 lambda 函數.使用 auto 關鍵字 可以幫助存儲 lambda 函數,

<code>auto my_lambda_func = [&](int x) { /* ... */ };
auto my_onheap_lambda_func = new auto([=](int x) { /* ... */ });
/<code>

這裡有一個例子, 把匿名函數存儲在變量、數組或 vector 中,並把它們當做命名參數來傳遞

一個沒有指定任何捕獲的 lambda 函數,可以顯式轉換成一個具有相同聲明形式函數指針.所以,像下面這樣做是合法的:

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

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關鍵字: 表達式 編譯器