第22章 C++lambda表达式

lambda是一种定义匿名函数对象的简洁方式，这是C++11新增的。

在本章中，您将学习：

• 如何编写lambda表达式；

• 如何将lambda表达式用作谓词；

• 如何编写可存储和可操作状态的lambda表达式。

22.1 lambda表达式是什么

可将lambda表达式视为包含公有operator()的匿名结构（或类），从这种意义上说，lambda表达式属于第21章介绍的函数对象。深入分析如何编写lambda表达式前，先来看看程序清单21.1中的函数对象：

这个函数对象将一个元素显示到屏幕上，通常用于std::for_each等算法中：

如果使用lambda表达式，可将上述代码（包括函数对象的定义）简化为下述3行：

编译器见到下述lambda表达式时：

自动将其展开为类似于结构DisplayElement<int>的表示：

22.2 如何定义lambda表达式

lambda表达式的定义必须以方括号（[]）打头。这些括号告诉编译器，接下来是一个lambda表达式。方括号的后面是一个参数列表，该参数列表与不使用lambda表达式时提供给operator()的参数列表相同。

22.3 一元函数对应的lambda表达式

与一元operator(Type)对应的lambda表达式接受一个参数，其定义如下：

请注意，如果您愿意，也可按引用传递参数：

程序清单22.1演示了如何在算法for_each中使用lambda表达式来显示标准模板库（STL）容器的内容。

程序清单22.1 在算法for_each()中使用lambda表达式而不是函数对象来显示容器中的元素

输出：

分析：

这里使用了两个lambda表达式，如第23和31行所示。这两个lambda表达式很像，只是输入参数不同，因为根据两个容器包含的元素类型对它们进行了定制。第一个lambda表达式接受一个int参数，并使用它来显示整型vector中的元素，每次一个；第二个lambda表达式接受一个char参数，并使用它来显示std::list中的char元素。

程序清单22.1的输出与程序清单21.1相同，这并非巧合。事实上，这个程序是程序清单21.1 所示程序的 lambda 表达式版，而程序清单 21.1 使用的是函数对象DisplayElement<T>。

如果将这两个程序清单进行比较，您将发现，通过使用lambda表达式，可让C++代码更简单、更简洁。

22.4 一元谓词对应的lambda表达式

谓词可帮助您做出决策。一元谓词是返回bool类型（true或false）的一元表达式。lambda表达式也可返回值，例如，下面的lambda表达式在Num为偶数时返回true：

在这里，返回值的性质让编译器知道该lambda表达式的返回类型为bool。

在算法中，可将lambda表达式用作一元谓词。例如，可在std::find_if()中使用上述lambda表达式找出集合中的偶数，如程序清单22.2所示。

程序清单22.2 在算法std::find_if()中，将lambda表达式用作一元谓词，以查找集合中的偶数

输出：

分析：

用作一元谓词的lambda表达式如第15行所示。算法find_if()对指定范围内的每个元素调用该一元

谓词；如果该谓词返回true，find_if()将返回一个指向相应元素的迭代器，指出找到了一个满足条件的元素。这里的谓词是一个lambda表达式，当find_if()使用一个偶数调用它（即对2求模的结果为零）时，它将返回true。

程序清单22.2不但演示了如何将lambda表达式用作一元谓词，还在该lambda表达式中使用了const。

务必使用const来限定输入参数，在输入参数为引用时尤其如此。

22.5 通过捕获列表接受状态变量的lambda表达式

在程序清单22.2中，您创建了一个一元谓词，它在整数能被2整除（即为偶数）时返回true。如果要让它更通用，在数字能被用户指定的除数整除时返回true，该如何办呢？为此，需要让lambda表达式接受该“状态”———除数：

一系列以状态变量的方式传递的参数（[…]）也被称为 lambda表达式的捕获列表（capture list）。

上述lambda表达式只有一行代码，但与程序清单21.3所示的16行代码等价，该程序清单以结构 IsMultiple< >的方式定义了一个一元谓词。

这表明，C++11新增的lambda表达式大幅提高了编程效率。

程序清单22.3演示了如何使用lambda表达式，根据状态变量在集合中查找可被用户提供的除数整除的元素。

程序清单22.3 使用存储状态的lambda表达式来判断一个数字能否被另一个数字整除

输出：

分析：

包含状态并用作为此的lambda表达式如第24行所示。除数是一个状态变量，相当于程序清单21.3中的IsMultiple::Divisor，因此状态变量类似于C++11之前的函数对象类中的成员。您可以将状态传递给lambda表达式，并根据状态的性质相应地使用它。

程序清单22.3与程序清单21.4等价，但使用的是lambda表达式，而不是函数对象。这里通过使用C++11新增的lambda表达式，减少了16行代码。

22.6 lambda表达式的通用语法

lambda 表达式总是以方括号打头，并可接受多个状态变量，为此可在捕获列表（[…]）中指定这些状态变量，并用逗号分隔：

如果要在lambda表达式中修改这些状态变量，可添加关键字multable：

这样，便可在lambda表达式中修改捕获列表（[]）中指定的变量，但离开lambda表达式后，这些修改将无效。要确保在lambda表达式内部对状态变量的修改在其外部也有效，应按引用传递它们：

lambda表达式还可接受多个输入参数，为此可用逗号分隔它们：

如果要向编译器明确地指定返回类型，可使用->，如下所示：

最后，复合语句（{}）可包含多条用分号分隔的语句，如下所示：

如果lambda表达式包含多行代码，您必须显式地指定返回类型。

本章后面的程序清单22.5演示了一个跨越多行并指定了返回类型的lambda表达式。

总之，lambda表达式更简洁，从功能上说，完全可替代下面这样的函数对象：

22.7 二元函数对应的lambda表达式

二元函数接受两个参数，还可返回一个值。与之等价的lambda表达式如下：

程序清单22.4演示了一个lambda表达式，并在std::transform中使用它将两个等长的vector中对应的元素相乘，再将结果存储到第三个vector中。

程序清单22.4 将lambda表达式用作二元函数，以便将两个容器中的元素相乘，并将结果存储到第三个容器中

输出：

分析：

lambda表达式如第29行所示，它被用作std::transform的一个参数。算法std::transform接受两个范围作为输入，执行二元函数指定的变换算法，并将结果存储在目标容器中。这里的二元函数是一个lambda 表达式，它接受两个整数作为输入，并返回相乘得到的结果。返回值被 std::transform 存储到vecResult中。输出指出了两个容器的内容以及将对应的元素相乘得到的结果。

程序清单22.4演示了与程序清单21.5中的函数对象类Multiply<>等价的lambda表达式。

22.8 二元谓词对应的lambda表达式

返回true或false，可帮助决策的二元函数被称为二元谓词。这种谓词可用于std::sort()等排序算法中，这些算法对容器中的两个值调用二元谓词，以确定将哪个放在前面。与二元谓词等价的lambda表达式的通用语法如下：

程序清单22.5演示了如何将lambda表达式用于排序。

程序清单22.5 在std::sort()中，将lambda表达式用作二元谓词，以便进行区分大小写的排序

输出：

分析：

这里演示的lambda表达式是第34～52行的std::sort()的第三个参数，该lambda表达式很长，跨越了第35～51行。它表明，lambda表达式可跨越多行，但必须显式地指定返回类型，如第35行所示。输出表明，插入元素后，jim位于Jack前面；第30行以默认方式排序（即未提供lambda表达式或谓词）后，jim位于 Sam后面，因为这将根据string::operator<以区分大小写的方式进行排序。最后，使用不区分大小写的lambda表达式排序（如第34～52行所示）后，jim紧跟在Jack后面，这符合用户的预期。另外，这个lambda表达式跨越多行。

程序清单22.5中的超大型lambda表达式与程序清单21.6所示的CompareStringNoCase类等效，程序清单21.7使用了CompareStringNoCase类。

显然，在这种情况下，使用lambda表达式并非最佳选择，因为如果使用函数对象，将能在多条std::sort()语句中重用它，还可将其用于其他需要二元谓词的算法。

因此，仅当lambda表达式简短、高效时，才应使用它。

22.9 总结

本章介绍了C++11新增的一项非常重要的功能：lambda表达式。lambda是匿名的函数对象，可接受参数、存储状态、返回值以及跨越多行。您学习了如何在find()、sort()、transform()等STL算法中使用lambda表达式，而不是函数对象。lambda表达式可提高C++编程速度和效率，应尽可能使用它们。

22.10 问与答

问：是否在任何情况下都应使用lambda表达式，而不是函数对象？

答：使用跨越多行的lambda表达式（如程序清单22.5所示）可能无助于提高编程效率，此时应使用易于重用的函数对象。

问：lambda表达式的状态参数是如何传递的？按值传递还是按引用传递？

答：编写下面这样包含捕获列表的lambda表达式时：

将复制状态参数Var1和Var2，而不是按引用传递它们。如果要按引用传递它们，应使用下面的语法：

在这种情况下，对状态变量所做的修改在lambda表达式外部仍将有效，因此请务必小心。

问：在lambda表达式中，可使用函数中的局部变量吗？

答：可使用捕获列表来传递局部变量：

要传递所有的局部变量，可使用如下语法：

22.11 作业

作业包括测验和练习，前者帮助读者加深对所学知识的理解，后者提供了使用新学知识的机会。请尽量先完成测验和练习题，然后再对照附录D的答案。在继续学习下一章前，请务必弄懂这些答案。

22.11.1 测验

1．编译器如何确定lambda表达式的起始位置？

2．如何将状态变量传递给lambda表达式？

3．如何指定lambda表达式的返回类型？

22.11.2 练习

1．编写一个可用作二元谓词的lambda表达式，帮助将元素按降序排列。

2．编写一个这样的lambda表达式，即用于for_each时，给vector等容器中的元素加上用户指定的值。