---

前言

本文介绍的C++11新特性是：语法上不轻松，用起来轻松的lambda表达式。

---

1. lambda

1.1 C++98中的一个例子

lambda是用来替代函数指针的，有时候还可以替代仿函数。

C++中可调用对象一共有：当我们单纯的只是想控制一下我们的比较，如排序一个自定义类型：

struct Goods
{
	string _name;  //名字
	double _price; // 价格
	int _evaluate; // 评价
	Goods(const char* str, double price, int evaluate)
		:_name(str)
		,_price(price)
		,_evaluate(evaluate)
	{
	}
};
struct ComparePriceLess
{
	bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
	{
		return gl._price < gr._price;
	}
};
struct ComparePriceGreater
{
	bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
	{
		return gl._price > gr._price;
	}
};
int main()
{
	vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };
	sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());
	sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());
}

随着C++语法的发展，人们开始觉得上面的写法太复杂了，每次为了实现一个algorithm算法，都要重新去写一个类，如果每次比较的逻辑不一样，还要去实现多个类，特别是相同类的命名，这些都给编程者带来了极大的不便。因此，在C++11语法中出现了Lambda表达式。

那么我们在使用排序的时候，就可以这样用了：

int main()
{
	vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,
   3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2){
			return g1._price < g2._price;
		}
	);
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
			return g1._price > g2._price; 
		}
	);
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
			return g1._evaluate < g2._evaluate; 
		}
	);
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
			return g1._evaluate > g2._evaluate; 
		}
	);
}

1.2 lambda表达式语法

lambda表达式书写格式：[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement }

1. lambda表达式各部分说明
   • [capture-list] : 捕捉列表，该列表总是出现在lambda函数的开始位置，编译器根据[]来判断接下来的代码是否为lambda函数，捕捉列表能够捕捉上下文中的变量供lambda函数使用。
   • (parameters)：参数列表。与普通函数的参数列表一致，如果不需要参数传递，则可以连同()一起省略
   • mutable：默认情况下，lambda函数总是一个const函数，mutable可以取消其常量性。使用该修饰符时，参数列表不可省略(即使参数为空)。

     int main()
     {
     	int x = 1, y = 2;
     	[x,y](){           //我们传值捕捉到的，都是const类型的，加了mutable，会消除捕捉到的复制体的常性，但是依旧无法修改lambda外部的参数，如果想修改外部变量，使用引用捕捉。
     		int tmp;
     		tmp = x;
     		x = y;    //报错: “x”: 无法在非可变 lambda 中修改通过复制捕获
     		y = tmp;  //报错: “y”: 无法在非可变 lambda 中修改通过复制捕获
     	}
     
     }
     

   • ->return-type：返回值类型。用追踪返回类型形式声明函数的返回值类型，没有返回值时此部分可省略。返回值类型明确情况下，也可省略，由编译器对返回类型进行推导。
   • {statement}：函数体。在该函数体内，除了可以使用其参数外，还可以使用所有捕获到的变量。

注意：
在lambda函数定义中，参数列表和返回值类型都是可选部分，而捕捉列表和函数体可以为空。因此C++11中最简单的lambda函数为：[]{}; 该lambda函数不能做任何事情。

int main()
{
	// 最简单的lambda表达式, 该lambda表达式没有任何意义
	[] {};

	// 省略参数列表和返回值类型，返回值类型由编译器推导为int
	int a = 3, b = 4;
	[=] {return a + 3; };

	// 省略了返回值类型，无返回值类型
	auto fun1 = [&](int c) {b = a + c; };
	fun1(10);
	cout << a << " " << b << endl;

	// 各部分都很完善的lambda函数
	auto fun2 = [=, &b](int c)->int {return b += a + c; };
	cout << fun2(10) << endl;

	// 复制捕捉x
	int x = 10;
	auto add_x = [x](int a) mutable { x *= 2; return a + x; };
	cout << add_x(10) << endl;
	return 0;
}

通过上述例子可以看出，lambda表达式实际上可以理解为无名函数，该函数无法直接调用，如果想要直接调用，可借助auto将其赋值给一个变量。

2. 捕获列表说明
   捕捉列表描述了上下文中那些数据可以被lambda使用，以及使用的方式传值还是传引用。
   • [var]：表示值传递方式捕捉变量var
   • [=]：表示值传递方式捕获所有父作用域中的变量(包括this)
   • [&var]：表示引用传递捕捉变量var
   • [&]：表示引用传递捕捉所有父作用域中的变量(包括this)
   • [this]：表示值传递方式捕捉当前的this指针

注意：
a. 父作用域指包含lambda函数的语句块，即lambda只能捕获其所在域的变量。
b. 语法上捕捉列表可由多个捕捉项组成，并以逗号分割。

比如：
[=, &a, &b]：以引用传递的方式捕捉变量a和b，值传递方式捕捉其他所有变量
[&，a, this]：值传递方式捕捉变量a和this，引用方式捕捉其他变量

c. 捕捉列表不允许变量重复传递，否则就会导致编译错误。

比如：
[=, a]：=已经以值传递方式捕捉了所有变量，捕捉a重复

d. 在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空。
e. 在块作用域中的lambda函数仅能捕捉父作用域中局部变量，捕捉任何非此作用域或者非局部变量都会导致编译报错。
f. lambda表达式之间不能相互赋值，即使看起来类型相同

void (*PF)();
int main()
{
	auto f1 = [] {cout << "hello world" << endl; };
	auto f2 = [] {cout << "hello world" << endl; };
	// 此处先不解释原因，等lambda表达式底层实现原理看完后，就清楚了
	//f1 = f2;   // 编译失败--->提示找不到operator=()
	// 允许使用一个lambda表达式拷贝构造一个新的副本
	auto f3(f2);
	f3();
	// 可以将lambda表达式赋值给相同类型的函数指针
	PF = f2;
	PF();
	return 0;
}

以上代码可能有点疑惑，看完原理，一切明了。

1.3 lambda表达式的原理

看一下lambda的类型：

class Add
{
public:
	int operator()(int a, int b)
	{
		return a + b;
	}
};

int main()
{
	auto f1 = [](int a, int b) {return a + b; };
	auto f2 = [](int a, int b) {return a + b; };
	Add add;
	cout << typeid(f1).name() << endl;  //class `int __cdecl main(void)'::`2'::<lambda_1>
	cout << typeid(f2).name() << endl;  //class `int __cdecl main(void)'::`2'::<lambda_2>
	cout << typeid(add).name() << endl; //class Add

	return 0;
}

可见，lambda表达式，其实也是一个类，所以，它才可以被auto推导类型，不过我们虽然可以知道它是class类，但是我们无法拿到它的类型去实例化对象。
就算实现相同的lambda表达式，它的类型都不同，这也是为什么我们上面说的lambda表达式之间不能相互赋值的原因，因为它们类型不同。

再看反汇编：

我们调用仿函数和调用lambda表达式的时候，本质都是在调用其类的operator()成员函数。

这足以证明我们的编译器是用我们lambda表达式的信息
生成了一个仿函数(类),然后再用它

1. 创造对象(调用仿函数的构造)
2. 用对象调用operator()

也就是，lambda表达式，其实底层的原理就是我们的仿函数，当我们使用了lambda表达式，编译器帮我们做了：
创建自定义lambda类，重载operator()函数，
实例化对象，
调用operator()的函数。

这也是为什么我们的lambda表达式叫做匿名函数对象（仿函数叫函数对象）。

但是我们捕捉列表呢?我们捕捉列表好像并不符合我们对一个对象的函数的调用啊?我们正常的调用函数会有捕捉列表吗?

捕捉列表它还是会转换成传参!!! 我们在构造函数生成对象的时候我们的捕捉列表中的值就给对象传进去了，变成了该对象的成员变量，然后又将该成员变量变成const类(因为即使是传值它内部也不给修改嘛)。

---

总结

lambda表达式，其实底层的原理就是我们的仿函数，当我们使用了lambda表达式，编译器帮我们做了：

创建自定义lambda类，重载operator()函数，
实例化对象，
调用operator()的函数。

这也是为什么我们的lambda表达式叫做匿名函数对象（仿函数叫函数对象）。

---

本文章为作者的笔记和心得记录，顺便进行知识分享，有任何错误请评论指点 😃。