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  • STL之lambda表达式

    一、简介

    我们可以向一个算法传递任何类别的可调用对象。对于一个对象或一个表达式,如果可以对其使用调用运算符,则称它为可调用的。即,如果e是一个可调用的表达式,则我们可以编写代码e(args),其中args是一个逗号分隔的一个或多个参数的列表。

    可调用对象分别有:1、函数和函数指针;2、重载了函数调用运算符的类;3、lambda表达式。

    一个lambda表达式表示一个可调用的代码单元。我们可以将其理解为一个未命名的内联函数。与任何函数类似,一个lambda具有一个返回类型、一个参数列表和一个函数体。但与函数不同,lambda可能定义在函数内部。一个lambda表达式具有如下形式:

    [capture list](parameter list) -> return type {functiom body }

    其中,capture list(捕获列表)是一个lambda所在函数中定义的局部变量的列表(通常为空);return type、parameter list和function body与任何普通函数一样,分别表示返回类型、参数列表和函数体。但是,与普通函数不同,lambda必须使用尾置返回来指定返回类型。

    我们可以忽略参数列表和返回类型,但必须永远包含捕获列表和函数体

    auto f = [] { return 42; };

    此例中,我们定义了一个可调用对象f,它不接受参数,返回42.

    Lambda的调用方式与普通函数的调用方式相同,都是使用调用运算符:

    cout << f() << endl;  // 打印42

    在lambda中忽略括号和参数列表等价于指定一个空参数列表。在此例中,当调用f时,参数列表是空的。如果忽略返回类型,lambda根据函数体中的代码推断出返回类型。如果函数体只是一个return语句,则返回类型从返回的表达式的类型推断而来。否则,返回类型为void。

    二、向lambda传递参数

    与普通函数不同,lambda不能有默认参数。因此,一个lambda调用的实参数目永远与形参数目相等。

    例如:

    [](const string &a, const string &b)
    
      { return a.size() < b.size(); }

    空捕获列表表明此lambda不使用它所在函数中的任何局部变量。如下所示,可以使用此lambda来调用stable_sort:

    // 按长度排序,长度相同的单词维持字典序

    Stable_sort(words.begin(), words.end(),
    
               [](const string &a, const string &b)
    
                { return a.size() < b.size();});

    当stable_sort需要比较两个元素时,它就会调用给定的这个表达式。

    三、使用捕获列表

    接下来我们需要编写一个可传递给find_if的可调用表达式。我们希望这个表达式能将输入序列中每个string的长度与biggies函数中的sz参数的值进行比较。

    在本例中,我们的lambda会捕获sz,并只有单一的string参数。其函数体会将string的大小与捕获的sz的值进行比较:

    [sz](const string &a)
    
       { return a.size() >= sz; };

    PS:捕获列表只用于局部非static变量,lambda可以直接使用局部static变量和在它所在函数之外声明的名字。

    调用范例:

    四、lambda捕获和返回

    当定义一个lambda时,编译器生成一个与lambda对应的新的(未命名的)类类型。

    值捕获

    类似参数传递,变量的捕获方式也可以是值或引用。当lambda采用值捕获的时候,前提条件为变量可以拷贝,被捕获的变量的值是在lambda创建时拷贝,而不是调用时拷贝:

    void fcn1()
    
    {
    
        size_t v1 = 42; // 局部变量
    
        // 将v1拷贝到名为f的可调用对象
    
        auto f = [v1] { return v1; };
    
        v1 = 0;
    
        auto j = f();  //j为42,f保存了我们创建它时v1的拷贝
    
    }

    引用捕获

    我们定义lambda时可以采用引用方式捕获变量。例如:

    void fcn2()
    
    {
    
        size_t v1 = 42;
    
        // 对象f2包含v1的引用
    
        auto f2 = [&v1] { return v1; };
    
        v1 = 0;
    
        auto j = f2(); // j为0,f2保存v1的引用,而非拷贝
    
    }

    隐式捕获

    除了显示列出我们希望使用的来自所在函数的变量之外,还可以让编译器根据lambda体重的代码来推断我们要使用哪些变量。为了指示编译器推断捕获列表,应在捕获列表中写一个&或=。&告诉编译器采用捕获引用方式,=则表示采用值捕获方式。例如:

    // sz为隐式捕获,值捕获方式
    
    Wc = find_if(words.begin(), words.end(),
    
              [=](const string &s)
    
                { return s.size() >= sz; });

    如果我们希望对一部分变量采用值捕获,对其他变量采用引用捕获,可以混合使用隐式捕获和显式捕获:

     1 void biggies(vertor<string> &words,
     2 
     3           vertor<string>::size_type sz,
     4 
     5           ostream &os = cout, char c = ‘ ‘)
     6 
     7 {
     8 
     9     //os 隐式捕获,引用捕获方式:c显式捕获,值捕获方式
    10 
    11     for_each(words.begin(), words.end(),
    12 
    13             [&, c](const string &s) { os << s << c; });
    14 
    15     //os显式捕获,引用捕获方式;c隐式捕获,值捕获方式
    16 
    17     For_each(words.begin(), words.end(),
    18 
    19             [=, &os](const string &s) { os << s << c; });
    20 
    21 }

    当我们混合使用隐式捕获和显式捕获时,捕获列表中的第一个元素必须是一个&或=.

    可变lambda

    默认情况下,对于一个值被拷贝的变量,lambda不会改变其值。如果我们希望能改变一个被捕获的变量的值,就必须在参数列表首加上关键字mutable。

     1 void fcn3()
     2 
     3 {
     4 
     5     size_t v1 = 42;
     6 
     7     auto f = [v1] () mutable { return ++ v1; };
     8 
     9     v1 = 0;
    10 
    11     auto j = f(); // j为42
    12 
    13 }

    指定lambda返回类型

    当我们需要为一个lambda定义返回类型时,必须使用尾置返回类型:

    1 Transform(vi.begin(), vi.end(), vi.begin(),
    2 
    3          [](int i) - > int
    4 
    5  { if (i < 0) return –i; else return i; });

    五、参数绑定

    对于那种只在一两个地方使用的简单操作,lambda表达式是最有用的。如果我们需要在很多地方使用相同的操作,通常应该定义一个函数,而不是多次编写相同的lambda表达式。

    但是,对于捕获局部变量的lambda,用函数来替代它就不是那么容易了。例如我们用在find_if调用中的lambda比较一个string和一个给定大小。我们可以很容易地编写一个完成同样工作的函数:

    1 bool check_size(const string &s, string::size_type sz)
    2 
    3 {
    4 
    5     return s.size() >= sz;
    6 
    7 }

    标准库bind函数

    我们可以额解决向check_size传递一个长度参数的问题,方法是使用一个新的名为bind的标准库函数,它定义在头文件functional中。可以将bind函数看作一个通用的函数适配器,它接受一个可调用对象,生成一个新的可调用对象来“适应”原对象的参数列表。

    调用bind的一般形式为:

    auto newCallable = bind(callable, arg_list);

    其中,newCallable本身是一个可调用对象,arg_list是一个逗号分隔的参数列表,对应给定的callable的参数。即,当我们调用newCallable时,newCallable会调用callable,并传递给它arg_list中的参数。

    绑定chenck_size的sz参数

    作为一个简单的例子,我们将使用bind生成一个调用check_size的对象,如下所示,它用一个定值作为其大小参数来调用check_size:

    1 // chenck6是一个可调用对象,接受一个string类型的参数
    2 
    3 // 并用此string和值6来调用check_size
    4 
    5 auto check6 = bind(check_size, _1, 6);

    调用check6必须传递给它一个string类型的参数,check6会将此参数传递给check_size。

    string s = “hello”;
    
    bool b1 = check6(s); //check6(s)会调用check_size(s,6)

    使用bind,我们可以将原来基于lambda的find_if调用:

    auto wc = find_if(words.begin(), words.end(),
    
                  [sz](const string &a)

    替换为如下使用check_size的版本:

    auto wc = find_if(words.begin(), words.end(), bind(check_size, _1, sz));

    参考:《C++ Primer》

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