C++11新特性：Lambda函數（匿名函數）

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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運算式實現的。Lambda運算式又稱為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：  [cpp] view plaincopy 

1. #include <iostream>  
2.   
3. using namespace std;  
4.   
5. int main()  
6. {  
7.     auto func = [] () { cout << "Hello world"; };  
8.     func(); // now call the function  
9. }  

其中func就是一個lambda函數。我們使用auto來自動擷取func的類型，這個非常重要。定義好lambda函數之後，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，中括弧中間有可能還會填參數，這在後面介紹。之後的()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傳回型別。也可以顯示地指定lambda函數的傳回型別。這個需要用到函數傳回值後置的功能,比如這個例子： [cpp] view plaincopy 

1. [] () -> int { return 1; }  

 所以總的來說lambda函數的形式就是：  [cpp] view plaincopy 

1. [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，那麼你一定就跪了。所以你應該提供一個介面，能方便地讓使用者自訂自己的查詢方式。在這裡可以使用lambda函數來實現這個功能。 [cpp] view plaincopy 

1. #include <string>  
2. #include <vector>  
3.   
4. class AddressBook  
5. {  
6.     public:  
7.     // using a template allows us to ignore the differences between functors, function pointers   
8.     // and lambda  
9.     template<typename Func>  
10.     std::vector<std::string> findMatchingAddresses (Func func)  
11.     {   
12.         std::vector<std::string> results;  
13.         for ( auto itr = _addresses.begin(), end = _addresses.end(); itr != end; ++itr )  
14.         {  
15.             // call the function passed into findMatchingAddresses and see if it matches  
16.             if ( func( *itr ) )  
17.             {  
18.                 results.push_back( *itr );  
19.             }  
20.         }  
21.         return results;  
22.     }  
23.   
24.     private:  
25.     std::vector<std::string> _addresses;  
26. };  

從上面代碼可以看到，findMatchingAddressses函數提供的參數是Func類型，這是一個泛型型別。在使用過程中應該傳入一個函數，然後分別對地址簿中每一個entry執行這個函數，如果傳回值為真那麼表明這個entry符合使用者的篩選要求，那麼就應該放入結果當中。那麼這個Func類型的參數如何傳入呢？  [cpp] view plaincopy 

1. AddressBook global_address_book;  
2.   
3. vector<string> findAddressesFromOrgs ()  
4. {  
5.     return global_address_book.findMatchingAddresses(   
6.         // we‘re declaring a lambda here; the [] signals the start  
7.         [] (const string& addr) { return addr.find( ".org" ) != string::npos; }   
8.     );  
9. }  

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 [cpp] view plaincopy 

1. const string& addr  

傳回值是bool類型。如果使用者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函數中的變數截取  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資訊，並沒有使用外部資訊。我們設想這樣的一個情境，我們從鍵盤讀入一個名字，然後用lambda函數定義一個匿名函數，在地址簿中尋找有沒有相同名字的人。那麼這個lambda函數勢必就要能使用外部block中的變數，所以我們就得使用變數截取功能（Variable Capture)。 [cpp] view plaincopy 

1. // read in the name from a user, which we want to search  
2. string name;  
3. cin>> name;  
4. return global_address_book.findMatchingAddresses(   
5.     // notice that the lambda function uses the the variable ‘name‘  
6.     [&] (const string& addr) { return name.find( addr ) != string::npos; }   
7. );  

從上述代碼看出，我們的lambda函數已經能使用外部範圍中的變數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，要進行變數截取。這樣lambda函數體就可以使用外部變數。如果不加入任何符號，編譯器就不會進行變數截取。 下面是各種變數截取的選項：

• [] 不截取任何變數
• [&} 截取外部範圍中所有變數，並作為引用在函數體中使用
• [=] 截取外部範圍中所有變數，並拷貝一份在函數體中使用
• [=, &foo]   截取外部範圍中所有變數，並拷貝一份在函數體中使用，但是對foo變數使用引用
• [bar]   截取bar變數並且拷貝一份在函數體重使用，同時不截取其他變數
• [this]            截取當前類中的this指標。如果已經使用了&或者=就預設添加此選項。

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，原來你得這麼寫： [cpp] view plaincopy 

1. vector<int> v;  
2. v.push_back( 1 );  
3. v.push_back( 2 );  
4. //...  
5. for ( auto itr = v.begin(), end = v.end(); itr != end; itr++ )  
6. {  
7.     cout << *itr;  
8. }  

現在有了lambda函數你就可以這麼寫 [cpp] view plaincopy 

1. vector<int> v;  
2. v.push_back( 1 );  
3. v.push_back( 2 );  
4. //...  
5. for_each( v.begin(), v.end(), [] (int val)  
6. {  
7.     cout << val;  
8. } );  

而且這麼寫了之後執行效率反而提高了。因為編譯器有可能使用”迴圈展開“來加速執行過程（電腦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運算式和STL