C++11新特性：Lambda函數（匿名函數）

聲明：本文參考了Alex Allain的文章http://www.cprogramming.com/c++11/c++11-lambda-closures.html

加入了自己的理解，不是簡單的翻譯

 

C++11終於知道要在語言中加入匿名函數了。匿名函數在很多時候可以為編碼提供便利，這在下文會提到。很多語言中的匿名函數，如C++，都是用Lambda表達式實現的。Lambda表達式又稱為lambda函數。我在下文中稱之為Lambda函數。

為了明白Lambda函數的用處，請務必先搞明白C++中的自動類型推斷：http://blog.csdn.net/srzhz/article/details/7934483

 

基本的Lambda函數

 

我們可以這樣定義一個Lambda函數：

 

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    auto func = [] () { cout << "Hello world"; };
    func(); // now call the function
}

其中func就是一個lambda函數。我們使用auto來自動獲取func的類型，這個非常重要。定義好lambda函數之后，就可以當這場函數來使用了。

其中 [ ] 表示接下來開始定義lambda函數，中括號中間有可能還會填參數，這在后面介紹。之后的()填寫的是lambda函數的參數列表{}中間就是函數體了。

正常情況下，只要函數體中所有return都是同一個類型的話，編譯器就會自行判斷函數的返回類型。也可以顯示地指定lambda函數的返回類型。這個需要用到函數返回值后置的功能,比如這個例子：

[] () -> int { return 1; }

 

所以總的來說lambda函數的形式就是：

 

[captures] (params) -> ret {Statments;}

Lambda函數的用處

 

假設你設計了一個地址簿的類。現在你要提供函數查詢這個地址簿，可能根據姓名查詢，可能根據地址查詢，還有可能兩者結合。要是你為這些情況都寫個函數，那么你一定就跪了。所以你應該提供一個接口，能方便地讓用戶自定義自己的查詢方式。在這里可以使用lambda函數來實現這個功能。

#include <string>
#include <vector>

class AddressBook
{
    public:
    // using a template allows us to ignore the differences between functors, function pointers
    // and lambda
    template<typename Func>
    std::vector<std::string> findMatchingAddresses (Func func)
    {
        std::vector<std::string> results;
        for ( auto itr = _addresses.begin(), end = _addresses.end(); itr != end; ++itr )
        {
            // call the function passed into findMatchingAddresses and see if it matches
            if ( func( *itr ) )
            {
                results.push_back( *itr );
            }
        }
        return results;
    }

    private:
    std::vector<std::string> _addresses;
};

從上面代碼可以看到，findMatchingAddressses函數提供的參數是Func類型，這是一個泛型類型。在使用過程中應該傳入一個函數，然后分別對地址簿中每一個entry執行這個函數，如果返回值為真那么表明這個entry符合使用者的篩選要求，那么就應該放入結果當中。那么這個Func類型的參數如何傳入呢？

 

AddressBook global_address_book;

vector<string> findAddressesFromOrgs ()
{
    return global_address_book.findMatchingAddresses(
        // we're declaring a lambda here; the [] signals the start
        [] (const string& addr) { return addr.find( ".org" ) != string::npos; }
    );
}

可以看到，我們在調用函數的時候直接定義了一個lambda函數。參數類型是

const string& addr

返回值是bool類型。

如果用戶要使用不同的方式查詢的話，只要定義不同的lambda函數就可以了。

 

Lambda函數中的變量截取

 

 

在上述例子中，lambda函數使用的都是函數體的參數和它內部的信息，並沒有使用外部信息。我們設想這樣的一個場景，我們從鍵盤讀入一個名字，然后用lambda函數定義一個匿名函數，在地址簿中查找有沒有相同名字的人。那么這個lambda函數勢必就要能使用外部block中的變量，所以我們就得使用變量截取功能（Variable Capture)。

// read in the name from a user, which we want to search
string name;
cin>> name;
return global_address_book.findMatchingAddresses(
    // notice that the lambda function uses the the variable 'name'
    [&] (const string& addr) { return name.find( addr ) != string::npos; }
);

從上述代碼看出，我們的lambda函數已經能使用外部作用域中的變量name了。這個lambda函數一個最大的區別是[]中間加入了&符號。這就告訴了編譯器，要進行變量截取。這樣lambda函數體就可以使用外部變量。如果不加入任何符號，編譯器就不會進行變量截取。

 

下面是各種變量截取的選項：

• [] 不截取任何變量
• [&} 截取外部作用域中所有變量，並作為引用在函數體中使用
• [=] 截取外部作用域中所有變量，並拷貝一份在函數體中使用
• [=, &foo]   截取外部作用域中所有變量，並拷貝一份在函數體中使用，但是對foo變量使用引用
• [bar]   截取bar變量並且拷貝一份在函數體重使用，同時不截取其他變量
• [this]            截取當前類中的this指針。如果已經使用了&或者=就默認添加此選項。

Lambda函數和STL

 

 

lambda函數的引入為STL的使用提供了極大的方便。比如下面這個例子，當你想便利一個vector的時候，原來你得這么寫：

vector<int> v;
v.push_back( 1 );
v.push_back( 2 );
//...
for ( auto itr = v.begin(), end = v.end(); itr != end; itr++ )
{
    cout << *itr;
}

現在有了lambda函數你就可以這么寫

vector<int> v;
v.push_back( 1 );
v.push_back( 2 );
//...
for_each( v.begin(), v.end(), [] (int val)
{
    cout << val;
} );

而且這么寫了之后執行效率反而提高了。因為編譯器有可能使用”循環展開“來加速執行過程（計算機系統結構課程中學的）。
http://www.nwcpp.org/images/stories/lambda.pdf 這個PPT詳細介紹了如何使用lambda表達式和STL