实例讲解C++编程中lambda表达式的使用

函数对象与Lambdas

你编写代码时,尤其是使用 STL 算法时,可能会使用函数指针和函数对象来解决问题和执行计算。函数指针和函数对象各有利弊。例如,函数指针具有最低的语法开销,但不保持范围内的状态,函数对象可保持状态,但需要类定义的语法开销。

lambda 结合了函数指针和函数对象的优点并避免其缺点。lambda 与函数对象相似的是灵活并且可以保持状态,但不同的是其简洁的语法不需要显式类定义。 使用lambda,相比等效的函数对象代码,您可以写出不太复杂并且不容易出错的代码。

下面的示例比较lambda和函数对象的使用。 第一个示例使用 lambda 向控制台打印 vector 对象中的每个元素是偶数还是奇数。第二个示例使用函数对象来完成相同任务。

示例 1:使用 lambda

此示例将一个 lambda 传递给 for_each 函数。该 lambda 打印一个结果,该结果指出 vector 对象中的每个元素是偶数还是奇数。

代码

// even_lambda.cpp

// compile with: cl /EHsc /nologo /W4 /MTd

#include <algorithm>

#include <iostream>

#include <vector>

using namespace std;

int main()

{

// Create a vector object that contains 10 elements.

vector<int> v;

for (int i = 1; i < 10; ++i) {

v.push_back(i);

}

// Count the number of even numbers in the vector by

// using the for_each function and a lambda.

int evenCount = 0;

for_each(v.begin(), v.end(), [&evenCount] (int n) {

cout << n;

if (n % 2 == 0) {

cout << "is even" << endl;

++evenCount;

} else {

cout << "is odd" << endl;

}

});

// Print the count of even numbers to the console.

cout << "There are " << evenCount

<< " even numbers in the vector." << endl;

}

输出

1 is even

2 is odd

3 is even

4 is odd

5 is even

6 is odd

7 is even

8 is odd

9 is even

There are 4 even numbers in the vector.

批注

在此示例中,for_each 函数的第三个参数是一个lambda。 [&evenCount] 部分指定表达式的捕获子句,(int n) 指定参数列表,剩余部分指定表达式的主体。

示例 2:使用函数对象

有时 lambda 过于庞大,无法在上一示例的基础上大幅度扩展。下一示例使用函数对象(而非 lambda)以及 for_each 函数,以产生与示例 1 相同的结果。两个示例都在 vector 对象中存储偶数的个数。为保持运算的状态,FunctorClass 类通过引用存储 m_evenCount 变量作为成员变量。为执行该运算,FunctorClass 实现函数调用运算符 operator()。Visual C++ 编译器生成的代码与示例 1 中的 lambda 代码在大小和性能上相差无几。对于类似本文中示例的基本问题,较为简单的 lambda 设计可能优于函数对象设计。但是,如果你认为该功能在将来可能需要重大扩展,则使用函数对象设计,这样代码维护会更简单。

有关 operator() 的详细信息,请参阅函数调用 (C++)。

代码

// even_functor.cpp

// compile with: /EHsc

#include <algorithm>

#include <iostream>

#include <vector>

using namespace std;

class FunctorClass

{

public:

// The required constructor for this example.

explicit FunctorClass(int& evenCount)

: m_evenCount(evenCount) { }

// The function-call operator prints whether the number is

// even or odd. If the number is even, this method updates

// the counter.

void operator()(int n) const {

cout << n;

if (n % 2 == 0) {

cout << " is even " << endl;

++m_evenCount;

} else {

cout << " is odd " << endl;

}

}

private:

// Default assignment operator to silence warning C4512.

FunctorClass& operator=(const FunctorClass&);

int& m_evenCount; // the number of even variables in the vector.

};

int main()

{

// Create a vector object that contains 10 elements.

vector<int> v;

for (int i = 1; i < 10; ++i) {

v.push_back(i);

}

// Count the number of even numbers in the vector by

// using the for_each function and a function object.

int evenCount = 0;

for_each(v.begin(), v.end(), FunctorClass(evenCount));

// Print the count of even numbers to the console.

cout << "There are " << evenCount

<< " even numbers in the vector." << endl;

}

输出

1 is even

2 is odd

3 is even

4 is odd

5 is even

6 is odd

7 is even

8 is odd

9 is even

There are 4 even numbers in the vector.



声明 Lambda 表达式

示例 1

由于 lambda 表达式已类型化,所以你可以将其指派给 auto 变量或 function 对象,如下所示:

代码

// declaring_lambda_expressions1.cpp

// compile with: /EHsc /W4

#include <functional>

#include <iostream>

int main()

{

using namespace std;

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

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

cout << f1(2, 3) << endl;

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

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

cout << f2(3, 4) << endl;

}

输出

5

7

备注

虽然 lambda 表达式多在函数的主体中声明,但是可以在初始化变量的任何地方声明。

示例 2

Visual C++ 编译器将在声明而非调用 lambda 表达式时,将表达式绑定到捕获的变量。以下示例显示一个通过值捕获局部变量 i 并通过引用捕获局部变量 j 的 lambda 表达式。由于 lambda 表达式通过值捕获 i,因此在程序后面部分中重新指派 i 不影响该表达式的结果。但是,由于 lambda 表达式通过引用捕获 j,因此重新指派 j 会影响该表达式的结果。

代码

// declaring_lambda_expressions2.cpp

// compile with: /EHsc /W4

#include <functional>

#include <iostream>

int main()

{

using namespace std;

int i = 3;

int j = 5;

// The following lambda expression captures i by value and

// j by reference.

function<int (void)> f = [i, &j] { return i + j; };

// Change the values of i and j.

i = 22;

j = 44;

// Call f and print its result.

cout << f() << endl;

}

输出

47

调用 Lambda 表达式

你可以立即调用 lambda 表达式,如下面的代码片段所示。第二个代码片段演示如何将 lambda 作为参数传递给标准模板库 (STL) 算法,例如 find_if。

示例 1

以下示例声明的 lambda 表达式将返回两个整数的总和并使用参数 5 和 4 立即调用该表达式:

代码

// calling_lambda_expressions1.cpp

// compile with: /EHsc

#include <iostream>

int main()

{

using namespace std;

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

cout << n << endl;

}

输出

9

示例 2

以下示例将 lambda 表达式作为参数传递给 find_if 函数。如果 lambda 表达式的参数是偶数,则返回 true。

代码

// calling_lambda_expressions2.cpp

// compile with: /EHsc /W4

#include <list>

#include <algorithm>

#include <iostream>

int main()

{

using namespace std;

// Create a list of integers with a few initial elements.

list<int> numbers;

numbers.push_back(13);

numbers.push_back(17);

numbers.push_back(42);

numbers.push_back(46);

numbers.push_back(99);

// Use the find_if function and a lambda expression to find the

// first even number in the list.

const list<int>::const_iterator result =

find_if(numbers.begin(), numbers.end(),[](int n) { return (n % 2) == 0; });

// Print the result.

if (result != numbers.end()) {

cout << "The first even number in the list is " << *result << "." << endl;

} else {

cout << "The list contains no even numbers." << endl;

}

}

输出

The first even number in the list is 42.

嵌套 Lambda 表达式

示例

你可以将 lambda 表达式嵌套在另一个中,如下例所示。内部 lambda 表达式将其参数与 2 相乘并返回结果。外部 lambda 表达式通过其参数调用内部 lambda 表达式并在结果上加 3。

代码

// nesting_lambda_expressions.cpp

// compile with: /EHsc /W4

#include <iostream>

int main()

{

using namespace std;

// The following lambda expression contains a nested lambda

// expression.

int timestwoplusthree = [](int x) { return [](int y) { return y * 2; }(x) + 3; }(5);

// Print the result.

cout << timestwoplusthree << endl;

}

输出

13

备注

在该示例中,[](int y) { return y * 2; } 是嵌套的 lambda 表达式。

高阶 Lambda 函数

示例

许多编程语言都支持高阶函数的概念。 高阶函数是采用另一个 lambda 表达式作为其参数或返回 lambda 表达式的 lambda 表达式。你可以使用 function 类,使得 C++ lambda 表达式具有类似高阶函数的行为。以下示例显示返回 function 对象的 lambda 表达式和采用 function 对象作为其参数的 lambda 表达式。

代码

// higher_order_lambda_expression.cpp

// compile with: /EHsc /W4

#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 addtwointegers = [](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 multiplies by 2.

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

return f(z) * 2;

};

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

auto answer = higherorder(addtwointegers(7), 8);

// Print the result, which is (7+8)*2.

cout << answer << endl;

}

输出

30

在函数中使用 Lambda 表达式

示例

你可以在函数的主体中使用 lambda 表达式。lambda 表达式可以访问该封闭函数可访问的任何函数或数据成员。你可以显式或隐式捕获 this 指针,以提供对封闭类的函数和数据成员的访问路径。

你可以在函数中显式使用 this 指针,如下所示:

void ApplyScale(const vector<int>& v) const

{

for_each(v.begin(), v.end(),

[this](int n) { cout << n * _scale << endl; });

}

你也可以隐式捕获 this 指针:

void ApplyScale(const vector<int>& v) const

{

for_each(v.begin(), v.end(),

[=](int n) { cout << n * _scale << endl; });

}

以下示例显示封装小数位数值的 Scale 类。

// function_lambda_expression.cpp

// compile with: /EHsc /W4

#include <algorithm>

#include <iostream>

#include <vector>

using namespace std;

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(), [=](int n) { cout << n * _scale << endl; });

}

private:

int _scale;

};

int main()

{

vector<int> values;

values.push_back(1);

values.push_back(2);

values.push_back(3);

values.push_back(4);

// Create a Scale object that scales elements by 3 and apply

// it to the vector object. Does not modify the vector.

Scale s(3);

s.ApplyScale(values);

}

输出

3

6

9

12

备注

ApplyScale 函数使用 lambda 表达式打印小数位数值与 vector 对象中的每个元素的乘积。lambda 表达式隐式捕获 this 指针,以便访问 _scale 成员。


配合使用 Lambda 表达式和模板

示例

由于 lambda 表达式已类型化,因此你可以将其与 C++ 模板一起使用。下面的示例显示 negate_all 和 print_all 函数。 negate_all 函数将一元 operator- 应用于 vector 对象中的每个元素。 print_all 函数将 vector 对象中的每个元素打印到控制台。

代码

// template_lambda_expression.cpp

// compile with: /EHsc

#include <vector>

#include <algorithm>

#include <iostream>

using namespace std;

// Negates each element in the vector object. Assumes signed data type.

template <typename T>

void negate_all(vector<T>& v)

{

for_each(v.begin(), v.end(), [](T& n) { n = -n; });

}

// Prints to the console each element in the vector object.

template <typename T>

void print_all(const vector<T>& v)

{

for_each(v.begin(), v.end(), [](const T& n) { cout << n << endl; });

}

int main()

{

// Create a vector of signed integers with a few elements.

vector<int> v;

v.push_back(34);

v.push_back(-43);

v.push_back(56);

print_all(v);

negate_all(v);

cout << "After negate_all():" << endl;

print_all(v);

}

输出

34

-43

56

After negate_all():

-34

43

-56

处理异常

示例

lambda 表达式的主体遵循结构化异常处理 (SEH) 和 C++ 异常处理的原则。你可以在 lambda 表达式主体中处理引发的异常或将异常处理推迟至封闭范围。以下示例使用 for_each 函数和 lambda 表达式将一个 vector 对象的值填充到另一个中。它使用 try/catch 块处理对第一个矢量的无效访问。

代码

// eh_lambda_expression.cpp

// compile with: /EHsc /W4

#include <vector>

#include <algorithm>

#include <iostream>

using namespace std;

int main()

{

// Create a vector that contains 3 elements.

vector<int> elements(3);

// Create another vector that contains index values.

vector<int> indices(3);

indices[0] = 0;

indices[1] = -1; // This is not a valid subscript. It will trigger an exception.

indices[2] = 2;

// Use the values from the vector of index values to

// fill the elements vector. This example uses a

// try/catch block to handle invalid access to the

// elements vector.

try

{

for_each(indices.begin(), indices.end(), [&](int index) {

elements.at(index) = index;

});

}

catch (const out_of_range& e)

{

cerr << "Caught '" << e.what() << "'." << endl;

};

}

输出

Caught 'invalid vector<T> subscript'.

备注

有关异常处理的详细信息,请参阅 Visual C++ 中的异常处理。

配合使用 Lambda 表达式和托管类型 (C++/CLI)

示例

lambda 表达式的捕获子句不能包含具有托管类型的变量。但是,你可以将具有托管类型的实际参数传递到 lambda 表达式的形式参数列表。以下示例包含一个 lambda 表达式,它通过值捕获局部非托管变量 ch,并采用 System.String 对象作为其参数。

代码

// managed_lambda_expression.cpp

// compile with: /clr

using namespace System;

int main()

{

char ch = '!'; // a local unmanaged variable

// The following lambda expression captures local variables

// by value and takes a managed String object as its parameter.

[=](String ^s) {

Console::WriteLine(s + Convert::ToChar(ch));

}("Hello");

}

输出

Hello!

以上是 实例讲解C++编程中lambda表达式的使用 的全部内容, 来源链接: utcz.com/z/351252.html

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