Lambda表达式从用到底层原理-创新互联
- 前言
- 一、lambda函数基本使用
- 参数列表
- 返回类型
- 函数体
- 捕获列表
- 值捕获
- 引用捕获
- 隐式捕获
- 混合方式捕获
- 修改值捕获变量的值
- 异常说明
- 二、lambda表达式使用的注意事项
- 避免默认捕获模式
- 三、lambda表达式底层实现原理
- 采用值捕获
- 采用引用捕获
前言
lambda式作为一种创建函数对象的手段，实在太过方便，对c++日常软件开发产生极大影响，所以特来学习。
一、lambda函数基本使用
lambda函数是C++11标准新增的语法糖，也称为lambda表达式或匿名函数。
lambda函数的特点是：距离近、简洁、高效和功能强大。
示例：
[](const int& no) ->void {cout<< "亲爱的"<< no<< "号：我是一只傻傻鸟。\n"; };语法：
参数列表是可选的，类似普通函数的参数列表，如果没有参数列表，()可以省略不写。
与普通函数的不同：
- lambda函数不能有默认参数。
- 所有参数必须有参数名。
- 不支持可变参数。
用后置的方法书写返回类型，类似于普通函数的返回类型，如果不写返回类型，编译器会根据函数体中的代码推断出来。
如果有返回类型，建议显式的指定，自动推断可能与预期不一致。
auto f=[](const int& no) ->double{cout<< "亲爱的"<< no<< "号：我是一只傻傻鸟。\n";
};此时auto判定f为double类型；
函数体类似于普通函数的函数体。
捕获列表通过捕获列表，lambda函数可以访问父作用域中的非静态局部变量（静态局部变量可以直接访问，不能访问全局变量）。
捕获列表书写在[]中，与函数参数的传递类似，捕获方式可以是值和引用。
以下列出了不同的捕获列表的方式。
与传递参数类似，采用值捕获的前提是变量可以拷贝。
与传递参数不同，变量的值是在lambda函数创建时拷贝，而不是调用时拷贝。
例如：
size_t v1 = 42;
auto f = [ v1 ] {return v1; }; // 使用了值捕获，将v1拷贝到名为f的可调用对象。
v1 = 0;
auto j = f(); // j为42，f保存了我们创建它是v1的拷贝。由于被捕获的值是在lambda函数创建时拷贝，因此在随后对其修改不会影响到lambda内部的值。
默认情况下，如果以传值方式捕获变量，则在lambda函数中不能修改变量的值。
和函数引用参数一样，引用变量的值在lambda函数体中改变时，将影响被引用的对象。
size_t v1 = 42;
auto f = [ &v1 ] {return v1; }; // 引用捕获，将v1拷贝到名为f的可调用对象。
v1 = 0;
auto j = f(); // j为0。如果采用引用方式捕获变量，就必须保证被引用的对象在lambda执行的时候是存在的。
隐式捕获除了显式列出我们希望使用的父作域的变量之外，还可以让编译器根据函数体中的代码来推断需要捕获哪些变量，这种方式称之为隐式捕获。
隐式捕获有两种方式，分别是[=]和[&]。[=]表示以值捕获的方式捕获外部变量，[&]表示以引用捕获的方式捕获外部变量。
int a = 123;
auto f = [ = ] {cout<< a<< endl; }; //值捕获
f(); // 输出：123
auto f1 = [ & ] {cout<< a++<< endl; }; //引用捕获
f1(); //输出：123（采用了后++）
cout<< a<< endl; //输出 124lambda函数还支持混合方式捕获，即同时使用显式捕获和隐式捕获。
混合捕获时，捕获列表中的第一个元素必须是 = 或 &，此符号指定了默认捕获的方式是值捕获或引用捕获。
需要注意的是：显式捕获的变量必须使用和默认捕获不同的方式捕获。例如：
int i = 10;
int j = 20;
auto f1 = [ =, &i] () {return j + i; }; // 正确，默认值捕获，显式是引用捕获
auto f2 = [ =, i] () {return i + j; }; // 编译出错，默认值捕获，显式值捕获，冲突了
auto f3 = [ &, &i] () {return i +j; }; // 编译出错，默认引用捕获，显式引用捕获，冲突了在lambda函数中，如果以传值方式捕获变量，则函数体中不能修改该变量，否则会引发编译错误。
在lambda函数中，如果希望修改值捕获变量的值，可以加mutable选项，但是，在lambda函数的外部，变量的值不会被修改。
int a = 123;
auto f = [a]()mutable {cout<< ++a<< endl; }; // 不会报错
cout<< a<< endl; // 输出：123
f(); // 输出：124
cout<< a<< endl; // 输出：123lambda可以抛出异常，用throw(…)指示异常的类型，用noexcept指示不抛出任何异常。
二、lambda表达式使用的注意事项 避免默认捕获模式按引用的默认捕获模式可能导致空悬引用，一旦由lambda式所创建的闭包越过了局部变量或形参的生命周期，那么闭包内的引用就会空悬（即必须保证被引用的对象在lambda执行的时候是存在的）
（有没有空悬引用其实就是看的生命周期，那个长）
既然引用有导致空悬引用的风险，那是不是可以用按值捕获呢。按值的默认捕获也有可能存在空悬的风险。如按值捕获了一个指针以后，在lambda式创建的闭包中持有的是这个指针的副本，但并无办法阻止lambda式之外的代码去针对该指针实施delete操作所导致的指针副本空悬。
对于类的方法中使用lambda，如果使用到了类的成员变量，则会出现无法被捕获的错误。如下：
void Widget::addFilter() const
{filters.emplace_back(
[divisor](int value) //错误
{return value % divisor==0;} //局部没有可捕获的divisor(divisor既不是局部变量，也不是形参)
);
}解决这一问题，关键在于一个裸指针隐式应用，这就是this。每一个非静态成员函数都持有一个this指针，然后每当提及该类的成员变量时都会用到这个指针。
所以此上的代码的lambda函数被捕获的实际上是Widget的this指针，而不是divisor。
代码如下 ：
void Widget::addFilter() const
{auto currentObjectPtr=this;
filters.emplace_back(
[currentObjectPtr](int value)
{return value%currentObjectPtr->divisor==0;}
);
}这就相当于lambda闭包的存活与它含有其this指针副本的Widget对象的生命期是绑在一起的
对于以static声明的静态变量，可以在lambda内使用，但是它们不能被捕获
三、lambda表达式底层实现原理class Add{public:
Add(int n):_a(n){}
int operator()(int n){return _a + n;
}
private:
int _a;
};
int main(){int n = 2;
Add a(n);
a(4);
auto a2 = [=](int m)->int{return n + m; };
a2(4);
return 0;
}
从上面的代码中可以看到，仿函数与lambda表达式完全一样
实际当我们编写了一个lambda表达式之后，编译器将该表达式翻译成一个未命名类的未命名对象。该类含有一个operator()。
整个lamda表达式，编译的时候，
- 编译器给你自动生成一个形如
的类 - 然后把捕获列表中的参数，都按照你的要求（值捕获， 引用捕获）包装到这个类的成员里面
- 编译器生成一个 operator() 重载函数， 最后你对lamda的调用就是对函数对象的调用了， 捕获的参数早给你准备好了
采用值捕获时，lambda函数生成的类用捕获变量的值初始化自己的成员变量。
例如：
int a =10;
int b = 20;
auto addfun = [=] (const int c ) ->int {return a+c; };
int c = addfun(b);
cout<< c<< endl;等同于：
class Myclass
{int m_a; // 该成员变量对应通过值捕获的变量。
public:
Myclass( int a ) : m_a(a){}; // 该形参对应捕获的变量。
// 重载了()运算符的函数，返回类型、形参和函数体都与lambda函数一致。
int operator()(const int c) const
{return a + c;
}
};默认情况下，由lambda函数生成的类是const成员函数，所以变量的值不能修改。如果加上mutable，相当于去掉const。这样上面的限制就能讲通了。
采用引用捕获如果lambda函数采用引用捕获的方式，编译器直接引用就行了。
唯一需要注意的是，lambda函数执行时，程序必须保证引用的对象有效。
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