C++11新特性之一——Lambda表达式

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C++11新特性总结可以参考：http://www.cnblogs.com/pzhfei/archive/2013/03/02/CPP_new_feature.html#section_6.8

C++的Lambda表达式在WIN RT的异步编程中，占有非常重要的作用。但C++的Lambda表达式又不同于其他语言，比如C#，javascript。本篇旨在讨论C++ Lambda表达式的基本语法和概念，希望大家多多指正。

首先，我们看一下Lambda表达式的基本构成：

1. 是捕获值列表，2.是传入参数列表，3.可修改标示符，4.错误抛出标示符，5.函数返回值，6.是函数体。

在.NET 中，我们认为比较标准的Lambda表达式应该是这个样子。

// declaring_lambda_expressions1.cpp

#include <functional>



int main()

{

   // Assign the lambda expression that adds two numbers to an auto variable.

   auto f1 = [] (int x, int y) { return x + y; }; 



   // Assign the same lambda expression to a function object.

   function<int (int, int)> f2 = [] (int x, int y) { return x + y; };
   f1(3,4);

f1是一个auto的值，也是function<>这个模板类型，我们可以理解成为一个函数指针。然后我们用f1(3,4)去调用他。

如果我们想在函数声明的时候就直接执行他，我们可以在Lambda表达式的最后加传入参数，像这样。

int main()

{

   using namespace std;

   int n = [] (int x, int y) { return x + y; }(5, 4);



   //assign the return type

   int n = [] (int x, int y) -> int{ return x + y;}(5, 4);

   cout << n << endl;
}

第二个表达式中声明的返回值必须跟随->符号，并且两个必须同时出现。如果返回值唯一的话，我们可以省略 -> + 返回值类型。

Lambda表达式允许返回值不唯一的情况，但必须指定返回值类型。

在以上的例子当中，只是常规的Lambda表达式用法，下面我们要说一说捕获值列表。

捕获值列表：是允许我们在Lambda表达式的函数体中直接使用这些值，捕获值列表能捕获的值是所有在此作用域可以访问的值，包括这个作用域里面的临时变量，类的可访问成员，全局变量。捕获值的方式分两种，一种是按值捕获，一种是按引用捕获。顾名思义，按值捕获是不改变原有变量的值，按引用捕获是可以在Lambda表达式中改变原有变量的值。

[&] 所有的值都是按引用捕获

[=] 所有的值都是按值捕获

如果你不想某些值被按引用或者按值捕获，但其他的值却想那样做的话

[ &, n ] 除了n 所有的值按引用捕获

[ = , &n ]除了n所有的值按值捕获

当然，我们也可以指定某几个值的捕获属性

[ m, n ]m,n按值捕获

[ &m, &n ]m,n按引用捕获

 int m = 0, n = 0;
      [=] (int a) mutable { m = ++n + a; }(4);
      [&] (int a) { m = ++n + a; }(4);

      [=,&m] (int a) mutable { m = ++n + a; }(4);
      [&,m] (int a) mutable { m = ++n + a; }(4);

      [m,n] (int a) mutable { m = ++n + a; }(4);
      [&m,&n] (int a) { m = ++n + a; }(4);

      [=] (int a) mutable { m = ++n + a; }(4);

大家一定好奇为什么这里有很多mutable。在按值引用的情况下，Lambda函数体内部是不能直接修改引用值的。如下面注释代码，是会报错的。这种情况下，我们要在Lambda表达式前加mutable，但是结果m,n 依然没有被修改，维持按值引用的特性。

int main()
{
      int m = 0, n = 0;
      // 不加mutable会报错
      //[=] (int a){ m = ++n + a; }(4);
      //[m,n] (int a){ m = ++n + a; }(4);

      [=] (int a) mutable { m = ++n + a; }(4);
     //
     // [=] (int m, int n, int a){m=++n+a; }(m, n, 4);
     // 下面这个函数m,n的值依然会被修改，因为m,n是按引用传入的
     // [=] (int &m, int &n, int a){m=++n+a; }(m, n, 4);
      cout << m << endl << n << endl;
}

在这个例子中捕获值列表[this]中的this是用来指向这个类的，但[this]只有在类的内部，或者是this指针存在的情况下才能使用。

class Scale
{
public:
   // The constructor.
   explicit Scale(int scale)
      : _scale(scale)
   {
   }

   // Prints the product of each element in a vector object 
   // and the scale value to the console.
   void ApplyScale(const vector<int>& v) const
   {
      for_each(v.begin(), v.end(), 
         [this](int n) { cout << n * _scale << endl; });
   }

private:
   int _scale;
};

关于异常：

我们可以通过try-catch去捕获异常，而在Lambda表达式中声明throw()，是指示编译器这个函数不会抛异常，会引起编译的警告。

然后，Lambda可以支持返回函数指针，或者说是嵌套一个Lambda表达式，比如：

int main()
{
   using namespace std;

   // The following lambda expression contains a nested lambda
   // expression.
   int m = [](int x) 
      { return [](int y) { return y * 2; }(x) + 3; }(5);

   // Print the result.
   cout << m << endl;
}

我们可以把 return [](int y) { return y * 2; }(x) 抽象成 f(x) 所以原函数就是return f(5)+3 就是2*5+3=13

加入函数指针之后，我们来看一看一个Lambda表达式可以写的多复杂，这是来自于MSDN的官方的例子。

// higher_order_lambda_expression.cpp

// compile with: /EHsc

#include <iostream>

#include <functional>



int main()

{

   using namespace std;



   // The following code declares a lambda expression that returns 

   // another lambda expression that adds two numbers. 

   // The returned lambda expression captures parameter x by value.

   auto g = [](int x) -> function<int (int)> 

      { return [=](int y) { return x + y; }; };



   // The following code declares a lambda expression that takes another

   // lambda expression as its argument.

   // The lambda expression applies the argument z to the function f

   // and adds 1.

   auto h = [](const function<int (int)>& f, int z) 

      { return f(z) + 1; };



   // Call the lambda expression that is bound to h. 

   auto a = h(g(7), 8);



   // Print the result.

   cout << a << endl;
}

结果很简单就是7+8+1=16 我通过代码帮大家展开一下：

auto g = [](int x) -> function<int (int)> 

      { return [=](int y) { return x + y; }; };



   auto h = [](const function<int (int)>& f, int z) 

      { return f(z) + 1; };



   auto a = h(g(7), 8);

   // 解：

   // 我们先看看g(7) 等于什么

   // 我们把g的返回值 return [=](int y) { return x + y; }; 抽象成一个函数t(y)

   // 那么g(x)返回的就t(y)

   // 也就是g(7)=t(y) 这里g的参数和t的参数无关

   // 那么 h(g(7), 8)=h(t(y), 8))

   // 代入h的表达式，我们发现t(y)就是f(z)

   // 代入的结果就是 return t(8)+1,再把g(7)代入就是7+8+1=16
    cout << a << endl; 
}

最后，有人会很好奇for_each为什么可以传入Lambda表达式，首先，我们看看for_each的展开：

template<class InputIterator, class Function>

  Function for_each(InputIterator first, InputIterator last, Function f)

  {

    for ( ; first!=last; ++first ) f(*first);

    return f;

  }

//From: http://www.cplusplus.com/reference/algorithm/for_each/

当然这不是实际的代码，但是我们可以看到，调用的只是f()再传入迭代器的值，所以，我们在写for_each的Lambda表达式的时候，传入参数一定是和迭代器的类型是匹配的。

在没有Lambda表达式的时候，只要是能写成 f(*first)这样的东西传进来的都行，所以就会出现结构体重载()操作符，这样的奇葩

void myfunction (int i) {

  cout << " " << i;

}



struct myclass {

  void operator() (int i) {cout << " " << i;}

} myobject;



int main () {

  vector<int> myvector;

  myvector.push_back(10);

  myvector.push_back(20);

  myvector.push_back(30);



  cout << "myvector contains:";

  for_each (myvector.begin(), myvector.end(), myfunction);



  // or:

  cout << "\nmyvector contains:";

  for_each (myvector.begin(), myvector.end(), myobject);



  cout << endl;



  return 0;