Lambda表达式的本质

一直想写一篇文章，来总结lambda表达式，但是之前感觉总结的不是特别到位，现在看了几篇文章和视频后，感觉对lambda表达式有了比较深刻的认识，现在进行记录总结如下：

lambda表达式又叫做匿名函数，lambda表达式本质是一个匿名类，lambda为了我们能更方便的定义出一个函数方法提供了便利，下面咱们开始介绍下lambda表达式。

1.lambda表达式的引出

首先我们想完成一个   Add的函数，这个函数有个功能，就是把自己成员变量的值num_,和传进来的参数x相加，并且返回。我们一般用C++的写法如下：

#include<typeinfo>
#include<iostream>
#include<functional>
using namespace std;
class Cal{
public:
Cal(int num):num_(num){cout<<"num_ :"<<num_<<endl;
};
int Add(int x){ cout<<"x+num_:"<<x+num_<<endl;return x+num_;
};
private:const int num_;
};int main(){Cal temp(5);temp.Add(3);return 0;
}

编译并且执行程序：

zhc@ubuntu:~/test/linux$ g++ -std=c++14  test.cpp -o test && ./test 
num_ :5
x+num_:8

接下来我们用仿函数来实现，仿函数也就是重载小括号  ()的类，我们修改代码如下：

#include<memory>
#include<typeinfo>
#include<iostream>
#include<functional>
using namespace std;
class Cal{
public:
Cal(int num):num_(num){cout<<"num_ :"<<num_<<endl;
};
int operator () (int x){ cout<<"x+num_:"<<x+num_<<endl;return x+num_;
}
private:const int num_;
};
int main(){Cal Add(5);Add(3);return 0;
}

编译并且输出结果：

zhc@ubuntu:~/test/linux$ g++ -std=c++14  test.cpp -o test && ./test 
num_ :5
x+num_:8

也就是说如果我们想实现一个简单的Add函数，也要定义一个类，或者用成员函数实现，或者用仿函数实现，有没有一种写法上更简单的方式呢，省略掉类的定义，那么我们的主角就要登场了，就是lambda表达式.看如下代码:

#include<memory>
#include<typeinfo>
#include<iostream>
#include<functional>
using namespace std;
int main(){int num=5;auto lam_add=[num](int x) ->int {cout<<"num+x:"<<num+x<<endl;return num+x;};  lam_add(3);return 0;
}

是不是形式上简洁了许多，输出结果如下：

zhc@ubuntu:~/test/linux$ g++ -std=c++14  test.cpp -o test && ./test 
num+x:8

正如我们的lambda表达式结果看，这个跟我们刚才写的仿函数类也是基本相同的，实际上我写的第二个例子，就是这个lambda表达式在调用的时候，生成的临时类对象，所对应的类的定义，

注意我的成员变量的写法，const int num_,这个是我故意这么写的，因为确实等价方式就是这样。下面我们来讲一讲lambda表达式的捕获列表，以及不同捕获形式，在生成类的成员函数里的可读可写属性。

2. lambda表达式的捕获列表

lambda表达式的书写形式如下：

[captrue] (params) opt -> ret {body};
其中，capture是捕获列表；params是参数列表；
opt是函数选项（mutable,noexcept等关键字）；
ret是返回值类型；body是函数体。

lambda表达式可以通过捕获列表捕获一定范围内的变量：

[]不捕获任何变量；

[bar]按值捕获bar变量，同时不捕获其他变量，并作为副本在函数体使用（按值捕获）;

[&bar]按引用捕获bar变量，同时不捕获其他变量；并作为引用在函数体使用（按引用捕获）；

[=]捕获外部作用域作用变量，并作为副本在函数体使用（按值捕获）;

[&]捕获外部作用域所有变量，并作为引用在函数体使用（按引用捕获）；

[=,&foo]按值捕获外部作用域所有变量，并按引用捕获foo变量；

[this]捕获当前类中的this指针，让lambda拥有和当前类成员函数同样的访问权限，如果已经使用了&或者=，就默认添加此选项。捕获this的目的是可以在lambda中使用当前类的成员函数和成员变量。

一般，不会捕获全局变量，静态全局变量，局部静态局部变量，静态成员变量。

下面我们按照按值捕获和按引用捕获来说明下，捕获后在生成的匿名类里的成员变量情况，与外部变量的可写属性是否相同，以及是否能够改变外部变量。

下面咱们看下具体的例子：

#include<memory>
#include<typeinfo>
#include<iostream>
#include<functional>
using namespace std;
int main(void){
int m=1;
const int n=2;
auto g = [m,n](int x)->int{
m++;
n++;
return m+n;};
int z=g(0);
return 0;
}

编译代码并且执行：编译报错如下：

zhc@ubuntu:~/test/linux$ g++ -std=c++14  test.cpp -o test && ./test 
test.cpp: In lambda function:
test.cpp:10:2: error: increment of read-only variable ‘m’m++;^~
test.cpp:11:2: error: increment of read-only variable ‘n’n++;^~

具体结论相关的东西见下面的两个图，说的更清楚一些。

 这个图是我从别的地方copy过来的，暂时粘贴这里，后期再敲试验代码。

如果我们想改变这个   m,p的可写属性，可以在    lambda表达式中加入mutalbel关键字。

我画红线的部分，是原文书写错误，应该是有mutable时。

 这里强调一点，这个  const int n,在用这个mutable以后，那么对应的成员变量还是  const int n ,也就是说这个属性，是拿 mutable改变不了的。

3.lambda表达式中的  准函数，准对象，如何接收lambda表达式

当一个lambda表达式没有捕获任何外部变量时，则可以看成一个准函数，如果捕获了外部对象，则可以看成一个准对象。具体见下面图片。

 那么对于这种准对象的情况，我们是怎么接呢，c++  11中推出了std::function   模板类，它即能接准函数的情况，也能接准对象的情况。下面我们来简单的介绍下std::function.

std::function的实例可以对任何可以调用的目标实体进行存储、复制、和调用操作，这些目标实体包括普通函数、Lambda表达式、函数指针、以及其它函数对象等。std::function对象是对C++中现有的可调用实体的一种类型安全的包裹（我们知道像函数指针这类可调用实体，是类型不安全的）。

std::function包含于头文件 #include<functional> 中，可将各种可调用实体进行封装统一，包括

• 普通函数
• lambda表达式
• 函数指针
• 仿函数(functor 重载括号运算符实现)
• 类成员函数
• 静态成员函数

其中具体的使用方式，这里其他的就不再举例子，因为在我的另外一个文章中有介绍。这里就说一个lambda表达式的例子：

#include<memory>
#include<iostream>
#include<functional>
#include<map>
#include<string>
using namespace std;class SaveStuInfo{
public:void SaveInfo(const string& num,std::function<string(const string&,const string&)> callback){student_info.insert(make_pair(num,callback));
}void CallLmd(const string &num){string name = "zhc";string score = "100";student_info[num](name,score);
}
private:using get_name_score = std::function<string(const string &,const string &)>;std::map<std::string, get_name_score> student_info; //num as key};int main(void){
string num="123";
//string name ="zhc";
//string score="100";
auto lmd = [](const string&name,const string&score) ->string{cout<<"lmd was called value: "<<name+score<<endl;return name+score;
};
SaveStuInfo  temp;
temp.SaveInfo(num,lmd);
temp.CallLmd(num);
return 0;
}

这里要注意一点，在temp.SaveInfo(num,lmd),这个时候不要写成，temp.SaveInfo(num,lmd(name,score));这样会报错，换句话说，std::function，里不用存储具体的lambda参数里的值，真正传递的lambda参数是在调用这个lambda表达式的时候。

编译并且执行程序结果如下：

zhc@ubuntu:~/test/linux$ g++ -std=c++14  test.cpp -o test && ./test 
lmd was called value: zhc100