「学习笔记」Lambda 表达式

Lambda 表达式因数学中的 \(\lambda\) 演算得名, 直接对应于其中的 lambda 抽象. Lambda 表达式能够捕获作用域中的变量的无名函数对象, 我们可以将其理解为一个匿名的内联函数, 可以用来替换独立函数或者函数对象, 从而使代码更可读. 但是从本质上来讲, Lambda 表达式只是一种语法糖, 因为它能完成的工作也可以用其他复杂的 C++ 语法来实现.

下面是 Lambda 表达式的语法结构.

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

capture: 捕获;

parameters: 参数;

mutable: 可变规范;

return-type: 返回类型;

statement: Lambda 表达式的主体;

下面是更高版本的 C++ 的有关 Lambda 表达式的语法. ^[1]

[capture] (parameters) lambda说明符 约束(可选) {statement}
[capture] {statement}    // (C++23 前)
[capture] lambda说明符 {statement}    // (C++23 起)
[capture] < 模板形参 > 约束(可选) // (C++20 起)
(parameters) lambda说明符 约束(可选) {statement}    // (C++20 起)
[capture] < 模板形参 > 约束(可选) {statement}    // (C++20 起 C++23 前)
[capture] < 模板形参 > 约束(可选) lambda说明符 {statement}    //(C++23 起)

capture 捕获

捕获是一个含有零或更多个捕获符的逗号分隔列表, 可以 默认捕获符 开始. 默认捕获符只有

&（以引用隐式捕获被使用的自动变量）和
=（以复制隐式捕获被使用的自动变量）.

当出现任一默认捕获符时, 都能隐式捕获当前对象(*this). 如果隐式捕获它, 那么会始终以引用捕获，即使默认捕获符是 =. 当默认捕获符为 = 时, *this 的隐式捕获被弃用. (C++20 起)

当默认捕获符是 & 时, 后继的简单捕获符不能以 & 开始.

struct S2 { void f(int i); };
void S2::f(int i)
{
    [&]{}; // OK：默认以引用捕获
    [&, i]{}; // OK：以引用捕获，但 i 以值捕获
    [&, &i] {}; // 错误：以引用捕获为默认时的以引用捕获
    [&, this] {}; // OK：等价于 [&]
    [&, this, i]{}; // OK：等价于 [&, i]
}

当默认捕获符是 = 时, 后继的简单捕获符必须以 & 开始, 或者为 *this (C++17 起) 或 this (C++20 起).

struct S2 { void f(int i); };
void S2::f(int i)
{
    [=]{}; // OK：默认以复制捕获
    [=, &i]{}; // OK：以复制捕获，但 i 以引用捕获
    [=, *this]{}; // C++17 前：错误：无效语法
    // C++17 起：OK：以复制捕获外围的 S2
    [=, this] {}; // C++20 前：错误：= 为默认时的 this
    // C++20 起：OK：同 [=]
}

任何捕获符只可以出现一次, 并且名字不能与形参相同:

struct S2 { void f(int i); };
void S2::f(int i)
{
    [i, i] {}; // 错误：i 重复
    [this, *this] {}; // 错误："this" 重复（C++17）
    [i] (int i) {}; // 错误：形参和捕获的名字相同
}

parameters 参数

大多数情况下类似于函数的参数列表.

C++14 中, 若参数类型是泛型, 则可以使用 auto 声明类型:

int x[] = {5, 1, 7, 6, 1, 4, 2};
std::sort(x, x + 7, [](int a, int b) { return (a > b); });
for (auto i : x) std::cout << i << " ";

这份代码将打印出 x 数组从大到小排序后的结果.

mutable 可变规范

利用可变规范, Lambda 表达式的主体可以修改通过值捕获的变量. 若使用此关键字, 则 parameters 不可省略 (即使为空).

一个例子, 使用 capture 捕获字句 中的例子, 来观察 \(a\) 的值的变化:

int a = 0;
auto func = [a]() mutable { ++a; };

此时 lambda 中的 \(a\) 的值改变为 \(1\), lambda 外的 \(a\) 保持不变.

return-type 返回类型

用于指定 Lambda 表达式的返回类型. 若没有指定返回类型, 则返回类型将被自动推断 (行为与用 auto 声明返回值的普通函数一致). 具体的, 如果函数体中没有 return 语句, 返回类型将被推导为 void, 否则根据返回值推导. 若有多个 return 语句且返回值类型不同, 将产生编译错误.

statement Lambda 主体

Lambda 主体可包含任何函数可包含的部分。普通函数和 Lambda 表达式主体均可访问以下变量类型：

从封闭范围捕获变量
参数
本地声明的变量
在一个 class 中声明时，若捕获 this，则可以访问该对象的成员
具有静态存储时间的任何变量，如全局变量

大部份资料来自 \(\texttt{OI-Wiki}\).

该资料来自Lambda表达式(C++11起)-cppreference.com ︎