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【C++】【lambda】lambda函数介绍和个人理解（1）——初识lambda

2024-07-03 07:20:57   228人阅读

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lambda函数介绍和个人理解（1）——初识lambda

lambda函数介绍和个人理解（2）——lambda与仿函数

lambda函数介绍和个人理解（3）——lambda的语法甜点

什么是lambda函数？

         其实，lambda函数我个人更愿意称为lambda运算（lambdacalculus），它是用来表示一种匿名函数。这个严格意义上属于“函数式编程”（Functional Programming）的范畴。当然还是先解释下函数式编程的概念的好。按照当时冯·诺依曼机器的基本计算模型，所谓通过一条条机器指令逐步把输入数据加工成最终的计算结果，而在计算过程中会有大量的内存单元被反复修改。函数式编程的思想就是把所有的这些状态看做一个全集，程序的基本组成部分就是这些状态之间的映射，其实也就是广义上的函数（广义上的函数的概念是，只要存在广义上的集合A，B，并且存在从A映射到B的映射关系，这个映射关系就被称作广义上的函数。在计算机编程领域，广义的函数包含过程，也就是Pascal语言中有名的Procedure）。通过这些函数之间的复杂运算，把输入数据映射到最终结果，这就是函数式编程。回到一开始的lambda运算，lambda运算其实我们就可以理解成一个简单的运算方法，就像加法减法乘法除法一样，就是一个运算规则：

 

                  lambda运算 := 传入数据 –>一系列的运算 -> 传出结果

         这就是神龙见首不见尾的lambda运算。他其实就是一个运算规则，说的高雅点，叫做lambda算子（lambda operator）。这时候，如果我们结合理解函数式编程的理念，我们就知道为什么这个东西叫lambda函数了，因为满足我上文中所讲到的广义函数的定义啊！广义集合A（传入数据）和广义集合B（传出数据）还有他们的映射关系（一系列的运算），所以其实这个运算就是一个函数。至此，我们终于了解了为什么叫lambda函数。

 

“匿名的”？匿名的！

         可是为什么又要提到，lambda函数是一个匿名函数呢？什么叫“匿名的”函数呢？一般而言，我们都知道，所谓的函数，不论是哪一种编程语言，都要给自定义的函数进行命名处理，看似天经地义。然而只有一种例外，那便是lambda函数。lambda函数没有名字，对的，没有函数名。你可能要问：不对啊？你刚刚不是说，这个lambda函数满足上述的广义函数定义，他不就是一个函数么？

         其实这个问题不难解决。没错，他是函数，但没有任何人规定：“一个函数，必须有一个名字与其对应。”你肯定会说，呵呵！你又跟我玩文字游戏。那你解释下lambda函数他究竟是个什么？OK！交给我了：

         先给大家看几个典型的lambda函数使用的例子：

/****
    *@PoloShen
    *Title: lambda 01
    */
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <functional>
using namespace std;
int main(){
    auto total = [](int a, int b)->int{return a+b; };    //生成一个lambda函数，求两数之和
    cout<<total(3,5)<<endl;                                //输出8, 3+5=8
    vector<int> nums;
    for (int i = 0; i < 5; i++) nums.push_back(i);        //将nums初始化
    auto print = [&]{                                    //生成一个lambda函数，用于打印nums
        for (auto s: nums){cout<<s<<"\t";}
        cout<<endl;
    };
    print();                                            //打印nums
    for_each(nums.begin(), nums.end(), [=](int &i){        //将nums每一个元素加10
                i += 10;
            });
    print();                                            //再次打印nums
    return 0;
}
//编译选项:: g++ -std=c++11 lambda01.cpp

对我们这些程序员而言，lambda函数是一个“不定态事物”，它既可以写成一个类似变量的形式，又可以写在函数指针的接口上，还可以当做一个类似于“局部函数”的东西使用。但实际上，从最简单易懂的地方去理解，lambda函数只会出现在两个地方：变量等号后面，还有函数指针的接口上。例子1中，变量total和变量print后面就分别接了一个lambda函数，分别用于计算两数之和和打印数表；另外一个就是在for_each方法中的那个lambda函数，用于使数表中的元素值增加10。看上去，total、print就像他们的函数名一样，但实际上则不然。严格意义上，他们依然是变量，只不过这个类型很复杂；但是实际上，他们就是一个“传令兵”，只是在引用中免得你找不到而已。更多情况下，按照所谓的函数式编程的理念，“万物皆函数”（笑），lambda函数更多的应当出现在最需要他的地方，也就是有函数指针的地方。所以不必在意他是什么名字，只需要考虑如何好好地完成任务即可。就比方说我们看到的在for_each中所使用的lambda函数一样，不用关心他的名字是什么，我们关心的是实现这个运算的方法。如此一来就不难理解lambda函数的匿名性了。

         至此，最难啃的两块骨头已经被我们吃下去了，剩下的就是慢慢消化。

 

lambda函数的语法定义

lambda函数的语法定义如下:

[capture](parameters) mutable -> return-type{statsment}

其中

  • [capture]捕捉列表。捕捉列表总是出现在lambda函数的开始处。事实上，[]是lambda函数的引出符。编译器根据该引出符判断接下来的代码是否是lambda函数。捕捉列表能够捕捉上下文中的变量以供lambda函数使用。
  • (parameters)参数列表。其实就是和普通额函数参数列表一致。如果不需要参数传递，则可以连同括号一起省略。
  • mutablemutable修饰符。默认情况下，lambda函数总是一个const函数，mutable可以取消其常量性。在使用该修饰符时，参数列表不可省略，即使参数为空。
  • ->return-type返回类型。同追踪返回类型形式声明函数的返回类型。出于方便，不需要返回值的时候也可以连同符号->一起省略。此外，在返回类型明确的情况下，也可以省略该部分，让编译器自行对返回类型进行推导。
  • {statsment}函数体。内容与普通函数一样，不过除了可以使用的参数之外，还可以使用所有捕获的变量。

 

以上便是lambda函数的定义了。和其他常规的函数不同，lambda函数可以去使用通过捕获列表中的数据。语法上，捕获列表有多个捕捉项组成，并以逗号分隔。以下便是捕获列表的形式：

  • [var]表示值传递方式捕获变量var
  • [=]表示值传递方式捕获所有父作用域的变量（包括this）
  • [&var]表示引用传递方式捕获变量var
  • [&]表示引用传递方式捕获所有父作用域的变量（包括this）
  • [this]表示值传递方式捕获当前的this指针

         但是请注意！捕获列表不允许变量的重复传递。比如说：

  • [=, a] 重复捕获a，错误。
  • [&, &this] 重复捕获this，错误

         Ok，到这里，所有语法上的lambda函数说明都完成了，给一些简单的例子，然后慢慢畅游吧！

/****
    *@PoloShen
    *Title: lambda 02
    */
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <functional>
using namespace std;
int main(){
    []{};                                                //最简lambda函数
    int a = 3, b = 4;
    [=]{return a+b;};                                    //省略参数列表和返回类型
    auto fun1 = [&](int c){b = a + c;};                    //省略了返回类型，无返回值
    auto fun2 = [=, &b](int c)->int{return b += a + c;};//各部分都很完整的lambda函数
    auto fun3 = [a, &b]()->int{return a+b;};            //其他传递方式的例子
    return 0;
}
//编译选项:: g++ -std=c++11 lambda02.cpp


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