c++ 之Lambda表达式

Lambda表达式

Lambda 表达式是 C++11 引入的一种匿名函数的方式,它允许你在需要函数的地方内联地定义函数,而无需单独命名函数

基本语法如下

[capture clause](parameters) -> return_type {
    // 函数体
    // 可以使用捕获列表中的变量
    return expression; // 可选的返回语句
}

[捕获列表](参数列表) -> 参数类型 {};

Lambda 表达式由以下部分组成:

  • 捕获列表(Capture clause)
    主要用于捕获外部的变量,在 Lambda 表达式中可以访问这些变量。捕获列表可以为空,也可以包含变量列表 [var1, var2, …]。
  • 参数列表(Parameters)
    这就跟普通函数的参数列表很像,可以为空。
  • 返回值类型(return_type)
    Lambda表达式可以做到自动推断返回类型,也可以显式的给它自定返回类型。如果函数体只有一条返回语句,可以省略返回类型。
  • 函数体(Body)
    Lambda 表达式的函数体,包含需要执行的代码。

Lambda表达式简单应用(实现加法的功能)

#include <iostream0>

using namespace std;

int main()
{
	int x = 30;
    int y = 20;
    auto add = [](int a, int b) -> int{
        return a + b;
    };

    int ret = add(x, y);
    cout << ret << endl;
	return 0;
}

以上就是一个捕获列表为空,的一个Lambda表达式的简单应用。

Lambda函数充当匿名函数

我们先回忆一下回调函数的写法,下面要实现找最大值的功能

#include <iostream>

using namespace std;

bool compare(int a, int b)
{
    return a > b;
}

int getMax(int a, int b, bool (*compare)(int a, int b))
{
    if(compare(a, b))
    {
        return a;
    }
    else
    {
        return b;
    }
}

int main()
{
    int x = 30;
    int y = 20;

    // 回调函数的形式
    int max = getMax(x, y, compare);
    cout << max << endl;

    return 0;
}

下面改装成匿名的Lambda函数来实现

#include <iostream>

using namespace std;

bool compare(int a, int b)
{
    return a > b;
}

int getMax(int a, int b, bool (*compare)(int a, int b))
{
    if(compare(a, b))
    {
        return a;
    }
    else
    {
        return b;
    }
}

int main()
{
    int x = 30;
    int y = 20;

    // 回调函数的形式
    // int max = getMax(x, y, compare);

    int max = getMax(x, y, [](int a, int b) -> bool{
        return a > b;
    });
    cout << max << endl;

    return 0;
}

带参数捕获的Lambda表达式使用

大致有以下三种方式

  1. 指定参数的捕获
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    int x = 4;
    int y = 5;
    int z = 6;

    auto add = [x, y]() -> int{
        // x = 10;  这种方式捕获,是不能修改变量值的,是只读的。
        return x + y;
    };

    int ret = add();
    cout << ret << endl;
    
    return 0;
}

add 中的 xy 是在 Lambda 定义时的值的拷贝。

  1. 使用 = 进行所有参数的捕获
auto mul = [=]() -> int{
   	// =  这种方式捕获所有变量,无需在列表中写明
    // x = 10;  照样是无法修改的,只读的。
    return x * y * z;
};

ret = mul();
cout << ret << endl;

和第一种方式同理, xy 是在 Lambda 定义时的值的拷贝。

  1. 使用 & 进行所有参数的捕获
// 用引用的方式来捕获,引用类似指针,进行地址访问
auto modifyAndMul = [&]() -> int{
    x = 15;   // 引用的方式进行所有变量的捕获,可读可写。
    return x * y * z;
};

ret = modifyAndMul();
cout << ret << endl;
cout << "x = " << x << endl;

表示它按引用捕获所有外部变量。因此,它可以修改 x 和 y 的原始值。

Lambda函数 vs 内联函数

特性Lambda 函数Lambda 函数
定义一种匿名函数,通常用于定义在需要它们的地方。一种常规函数,通过 inline 关键字定义。
用途提供一种快捷方式来定义临时的、小型的函数。用于优化小型函数,减少函数调用的开销。
语法使用 [capture] (params) { body } 的形式定义。使用常规函数定义语法,但在前面加上 inline 关键字。
生命周期在定义它们的作用域内有效。在整个程序执行期间有效。
捕获外部变量可以捕获外部作用域中的变量(按值或按引用)。不能直接捕获外部变量,只能通过参数传递。
调用方式作为函数对象,可直接调用。像普通函数一样调用。
优化可以被编译器自动内联化,但这取决于编译器优化策略。明确请求编译器尝试内联,但实际内联化也取决于编译器。
可见性通常只在定义它们的局部作用域内可见。可以在定义它的任何作用域内可见。
使用场景适合于一次性使用的场景,如作为回调、在算法中使用等。适合于频繁调用的小型函数。

请注意,虽然 Lambda 函数和内联函数在某些方面有相似之处,如它们都可以被编译器优化以减少调用开销,但它们在设计和用途上有明显的不同。
Lambda 函数的核心优势在于它们的匿名性和对外部变量的捕获能力,而内联函数则主要关注于提高小型函数的性能。