C++11新特性之Lambda表示式

這是C++11新特性介紹的第三部分，涉及到C++11這次更新中較為重要的lambda表示式。

不想看toy code的讀者可以直接拉到文章最後看這部分的總結。

lambda簡介

熟悉Python的程式設計師應該對lambda不陌生。簡單來說，lambda就是一個匿名的可呼叫程式碼塊。在C++11新標準中，lambda具有如下格式：

[capture list] (parameter list) -> return type { function body }

可以看到，他有四個組成部分：

1. capture list： 捕獲列表
2. parameter list： 引數列表
3. return type： 返回型別
4. function body： 執行程式碼

其中，引數列表和返回型別可以忽略。

下面，具體看幾個簡單的例子：

auto f1 = [] { return 1; };
auto f2 = [] () { return 2; };
cout<<f1()<<'\t'<<f2()<<endl;

捕獲列表

lambda中的捕獲列表既可以捕獲值，也可以捕獲引用。

捕獲值：

int test_data[] = {1, 5, 9, 7, 3, 19, 13, 17};
int border = 8;
auto f3 = [border](const int &i){ if(i > border) cout<<i<<'\t'; };
for_each(begin(test_data), end(test_data), f3);
cout<<endl;

捕獲引用：

auto f4 = [&border](const int &i){ if(i > border) cout<<i<<'\t'; };
border = 6;
for_each(begin(test_data), end(test_data), f4);
cout<<endl;

通過輸出可以看出，lambda中起作用的border是修改後的6，證實了捕獲的確是是引用。
需要注意的是，在捕獲引用時，需要保證當lambda被呼叫時，此引用仍然有效。

捕獲列表還可以採用隱式捕獲的方式，即讓編譯器通過lambda的執行程式碼來判斷需要捕獲哪些區域性變數。

隱式捕獲可以捕獲值、引用或者兩者混合：

char space = ' ';
auto f5 = [=](const int &i){ if(i > border) cout<<i<<'\t'; };
auto f6 = [&](const int &i){ if(i > border) cout<<i<<'\t'; };
auto f7 = [&, space](const int &i){ if(i > border) cout<<i<<space; };
border = 0;
for_each(begin(test_data), end(test_data), f5);
cout<<endl;
for_each(begin(test_data), end(test_data), f6);
cout<<endl;
for_each(begin(test_data), end(test_data), f7);
cout<<endl;

這裡的f7使用的混合形式，可以讀作“除了space捕獲值之外，其他變數均捕獲引用”。

可變lambda

當lambda需要在其中修改被值捕獲的變數的值時，需要給lambda加上mutable關鍵字。否則會有編譯錯誤。

auto f8 = [&, space](const int &i) mutable { if(i > border) {cout<<i<<space; space='\t';} };
for_each(begin(test_data), end(test_data), f8);
cout<<endl;
cout<<1<<space<<2<<endl;

從輸出中可以看出，space在lambda f8中的值，在第一次呼叫之後，就被變成了製表符Tab;但是在lambda之外，space仍然是空格。

返回型別

lambda的返回型別採用尾置返回型別的方式。一般的：

1. lambda如果只包含return語句，則編譯器可以推斷其返回型別，此時可以不顯示指定返回型別；
2. 否則，編譯器假定lambda返回void，而返回void的函式不可以反悔任何具體值，這在大多數情況下是個矛盾，因此需要顯示指定返回型別。

但是，經過實際測試，目前的g++編譯器更聰明瞭：對於第2點，目前只要編譯器可以從lambda函式體中推斷出函式的返回型別，就不需要顯式指定返回型別，例如：

auto f9 = [](const int i){if(i % 3) return i * 3; else return i;};
transform(begin(test_data), end(test_data), begin(test_data), f9);
border = 0;
for_each(begin(test_data), end(test_data), f6);
cout<<endl;

lambda程式碼塊中有多個return語句，並且還有if/else語句，但是編譯器可以根據return語句推斷出，其返回值應該是一個int型別，所以可以省略尾置返回型別。

但是，像下面這種形式，由於編譯器在推斷返回型別時發現了不一致，所以必須顯式的指定返回型別：

auto f10 = [](const int i) -> double
{if(i % 5) return i * 5.0; else return i;};
transform(begin(test_data), end(test_data), begin(test_data), f10);
for_each(begin(test_data), end(test_data), f6);
cout<<endl;

總結

1. lambda表示式形式： [capture list] (parameter list) -> return type { function body }，其中parameter list和return type可以省略。
2. 捕獲列表可以捕獲值[val]，也可以捕獲引用[&ref]。
3. 捕獲列表還可以隱式捕獲區域性變數，同樣有捕獲值[=]和捕獲引用[&]兩種方式，初次之外還可以混合捕獲[&, val]或者[=, &ref]。
4. 當lambda需要修改捕獲的值時，需要加上mutable關鍵字。
5. 當lambda無法自動推斷出返回值型別時，需要通過尾置返回型別的方式顯示指定。

完整程式碼詳見lambda_expr.cpp