Что такое лямбда-выражение в C++11?
Что такое лямбда-выражение в C++11? Когда я буду использовать один? Какой класс проблем они решают, что было невозможно до их введения?
Несколько примеров и вариантов использования будут полезны.
10 ответов
Эта проблема
C++ включает в себя полезные общие функции, такие как std::for_each
а также std::transform
, что может быть очень удобно. К сожалению, они также могут быть довольно громоздкими в использовании, особенно если функтор, который вы хотите применить, уникален для конкретной функции.
#include <algorithm>
#include <vector>
namespace {
struct f {
void operator()(int) {
// do something
}
};
}
void func(std::vector<int>& v) {
f f;
std::for_each(v.begin(), v.end(), f);
}
Если вы используете только f
однажды и в этом конкретном месте кажется излишним писать целый класс, просто чтобы сделать что-то тривиальное и одноразовое.
В C++03 вы можете написать что-то вроде следующего, чтобы сохранить функтор локальным:
void func2(std::vector<int>& v) {
struct {
void operator()(int) {
// do something
}
} f;
std::for_each(v.begin(), v.end(), f);
}
однако это не разрешено, f
не может быть передано в функцию шаблона в C++03.
Новое решение
В C++11 введены лямбда-выражения, позволяющие написать встроенный анонимный функтор для замены struct f
, Для небольших простых примеров это может быть чище для чтения (оно хранит все в одном месте) и потенциально проще для обслуживания, например в простейшей форме:
void func3(std::vector<int>& v) {
std::for_each(v.begin(), v.end(), [](int) { /* do something here*/ });
}
Лямбда-функции являются просто синтаксическим сахаром для анонимных функторов.
Типы возврата
В простых случаях для вас выводится тип возврата лямбды, например:
void func4(std::vector<double>& v) {
std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(),
[](double d) { return d < 0.00001 ? 0 : d; }
);
}
однако когда вы начнете писать более сложные лямбды, вы быстро столкнетесь со случаями, когда компилятор не может определить тип возвращаемого значения, например:
void func4(std::vector<double>& v) {
std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(),
[](double d) {
if (d < 0.0001) {
return 0;
} else {
return d;
}
});
}
Чтобы решить эту проблему, вы можете явно указать тип возвращаемого значения для лямбда-функции, используя -> T
:
void func4(std::vector<double>& v) {
std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(),
[](double d) -> double {
if (d < 0.0001) {
return 0;
} else {
return d;
}
});
}
"Захват" переменных
До сих пор мы не использовали ничего, кроме того, что было передано лямбде в нем, но мы также можем использовать другие переменные в лямбде. Если вы хотите получить доступ к другим переменным, вы можете использовать предложение захвата ([]
выражения), который до сих пор не использовался в этих примерах, например:
void func5(std::vector<double>& v, const double& epsilon) {
std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(),
[epsilon](double d) -> double {
if (d < epsilon) {
return 0;
} else {
return d;
}
});
}
Вы можете захватить как по ссылке, так и по значению, которое вы можете указать &
а также =
соответственно:
[&epsilon]
захватить по ссылке[&]
захватывает все переменные, используемые в лямбда-выражениях по ссылке[=]
захватывает все переменные, используемые в лямбда-выражениях, по значению[&, epsilon]
захватывает переменные как с [&], но эпсилон по значению[=, &epsilon]
захватывает переменные как с [=], но эпсилон по ссылке
Сгенерированный operator()
является const
по умолчанию подразумевается, что захват будет const
когда вы получаете к ним доступ по умолчанию. Это приводит к тому, что каждый вызов с одним и тем же вводом будет давать один и тот же результат, однако вы можете пометить лямбду какmutable
просить, чтобы operator()
что производится не const
,
Что такое лямбда-функция?
Концепция лямбда-функции в C++ берет свое начало в лямбда-исчислении и функциональном программировании. Лямбда - это безымянная функция, которая полезна (в реальном программировании, а не в теории) для коротких фрагментов кода, которые невозможно повторно использовать и которые не стоит называть.
В C++ лямбда-функция определяется следующим образом
[]() { } // barebone lambda
или во всей красе
[]() mutable -> T { } // T is the return type, still lacking throw()
[]
это список захвата, ()
список аргументов и {}
тело функции.
Список захвата
Список захвата определяет, что снаружи лямбды должно быть доступно внутри тела функции и как. Это может быть либо:
- значение: [x]
- ссылка [&x]
- любая переменная в настоящее время в области видимости по ссылке [&]
- такой же, как 3, но по значению [=]
Вы можете смешать любое из вышеперечисленного в списке через запятую [x, &y]
,
Список аргументов
Список аргументов такой же, как и в любой другой функции C++.
Тело функции
Код, который будет выполнен, когда лямбда будет вызвана.
Возвращаемый тип удержания
Если лямбда имеет только один оператор возврата, тип возврата может быть опущен и имеет неявный тип decltype(return_statement)
,
изменчивый
Если лямбда помечена как изменяемая (например, []() mutable { }
) разрешено изменять значения, захваченные по значению.
Случаи применения
Библиотека, определяемая стандартом ISO, в значительной степени выигрывает от лямбд и повышает удобство использования на несколько тактов, поскольку теперь пользователям не нужно загромождать свой код маленькими функторами в некоторой доступной области видимости.
C++14
В C++14 лямбд были расширены различными предложениями.
Инициализированные лямбда-захваты
Элемент списка захвата теперь можно инициализировать с помощью =
, Это позволяет переименовывать переменные и захватывать при перемещении. Пример взят из стандарта:
int x = 4;
auto y = [&r = x, x = x+1]()->int {
r += 2;
return x+2;
}(); // Updates ::x to 6, and initializes y to 7.
и один взят из Википедии, показывающий, как захватить с std::move
:
auto ptr = std::make_unique<int>(10); // See below for std::make_unique
auto lambda = [ptr = std::move(ptr)] {return *ptr;};
Универсальные лямбды
Лямбды теперь могут быть родовыми (auto
будет эквивалентно T
здесь, еслиT
были аргументы шаблона типа где-то в окружающей области видимости):
auto lambda = [](auto x, auto y) {return x + y;};
Улучшено вычитание типа возврата
C++14 позволяет выводить типы возврата для каждой функции и не ограничивает ее функциями вида return expression;
, Это также распространяется на лямбды.
Лямбда-выражения обычно используются для инкапсуляции алгоритмов, чтобы их можно было передать другой функции. Тем не менее, можно выполнить лямбду сразу после определения:
[&](){ ...your code... }(); // immediately executed lambda expression
функционально эквивалентно
{ ...your code... } // simple code block
Это делает лямбда-выражения мощным инструментом для рефакторинга сложных функций. Вы начинаете с обертывания секции кода в лямбда-функции, как показано выше. Процесс явной параметризации может затем выполняться постепенно с промежуточным тестированием после каждого шага. Как только у вас будет полностью параметризованный кодовый блок (что продемонстрировано удалением &
), вы можете переместить код во внешнее местоположение и сделать его нормальной функцией.
Точно так же вы можете использовать лямбда-выражения для инициализации переменных на основе результата алгоритма...
int a = []( int b ){ int r=1; while (b>0) r*=b--; return r; }(5); // 5!
В качестве способа разделения логики вашей программы вы можете даже найти полезным передать лямбда-выражение в качестве аргумента другому лямбда-выражению...
[&]( std::function<void()> algorithm ) // wrapper section
{
...your wrapper code...
algorithm();
...your wrapper code...
}
([&]() // algorithm section
{
...your algorithm code...
});
Лямбда-выражения также позволяют создавать именованные вложенные функции, что может быть удобным способом избежать дублирования логики. Использование именованных лямбд также, как правило, немного проще для глаз (по сравнению с анонимными встроенными лямбдами) при передаче нетривиальной функции в качестве параметра другой функции. Примечание: не забывайте точку с запятой после закрывающей фигурной скобки.
auto algorithm = [&]( double x, double m, double b ) -> double
{
return m*x+b;
};
int a=algorithm(1,2,3), b=algorithm(4,5,6);
Если последующее профилирование обнаруживает значительные издержки инициализации для объекта функции, вы можете переписать это как обычную функцию.
ответы
Q: Что такое лямбда-выражение в C++ 11?
A: Под капотом это объект автоматически сгенерированного класса с перегрузкой operator () const. Такой объект называется закрытием и создается компилятором. Эта концепция "замыкания" близка к концепции связывания из C++11. Но лямбды обычно генерируют лучший код. И звонки через замыкания позволяют полное встраивание.
Q: Когда я буду использовать один?
A: Чтобы определить "простую и маленькую логику" и попросить компилятор выполнить генерацию из предыдущего вопроса. Вы даете компилятору несколько выражений, которые вы хотите использовать внутри operator(). Все остальные вещи компилятор сгенерирует вам.
В: Какой класс проблем они решают, что было невозможно до их появления?
A: Это какой-то синтаксический сахар, похожий на перегрузку операторов вместо функций для пользовательских операций добавления, операций с вложенными контактами... Но это экономит больше строк ненужного кода, чтобы обернуть 1-3 строки реальной логики в некоторые классы и т. Д.! Некоторые инженеры считают, что если число строк меньше, то вероятность ошибиться в нем меньше (я тоже так думаю)
Пример использования
auto x = [=](int arg1){printf("%i", arg1); };
void(*f)(int) = x;
f(1);
x(1);
Дополнения о лямбдах, не подпадающие под вопрос. Игнорируйте этот раздел, если вы не заинтересованы
1. Захваченные значения. Что вы можете поймать
1.1. Вы можете ссылаться на переменную со статической продолжительностью хранения в лямбдах. Все они захвачены в плен.
1.2. Вы можете использовать лямбду для захвата значений "по значению". В этом случае захваченные переменные будут скопированы в объект функции (замыкание).
[captureVar1,captureVar2](int arg1){}
1.3. Вы можете захватить ссылки. & - в этом контексте означает ссылку, а не указатели.
[&captureVar1,&captureVar2](int arg1){}
1.4. Существует нотация для захвата всех нестатических переменных по значению или по ссылке
[=](int arg1){} // capture all not-static vars by value
[&](int arg1){} // capture all not-static vars by reference
1,5. Существует нотация для захвата всех нестатических переменных по значению или по ссылке и указания чего-либо. Больше. Примеры: захват всех нестатических переменных по значению, но по ссылке захват Param2
[=,&Param2](int arg1){}
Захватить все нестатические переменные по ссылке, но по значению Param2
[&,Param2](int arg1){}
2. Возвращаемый тип удержания
2.1. Лямбда-тип возврата может быть выведен, если лямбда-выражение является одним выражением. Или вы можете явно указать это.
[=](int arg1)->trailing_return_type{return trailing_return_type();}
Если лямбда имеет более одного выражения, тип возврата должен быть указан через конечный тип возврата. Кроме того, подобный синтаксис может быть применен к автоматическим функциям и функциям-членам.
3. Захваченные значения. Что вы не можете захватить
3.1. Вы можете захватывать только локальные переменные, а не переменную-член объекта.
4. Конверсии
4.1!! Лямбда не является указателем на функцию и не является анонимной функцией, но лямбды без захвата можно неявно преобразовать в указатель на функцию.
п.с.
Более подробную информацию о лямбда-грамматике можно найти в Рабочем проекте для языка программирования C++ #337, 2012-01-16, 5.1.2. Лямбда-выражения, стр.88
В C++14 была добавлена дополнительная функция, названная как "захват init". Позволяет произвольно выполнить декларацию закрытия данных членов:
auto toFloat = [](int value) { return float(value);}; auto interpolate = [min = toFloat(0), max = toFloat(255)](int value)->float { return (value - min) / (max - min);};
Лямбда-функция - это анонимная функция, которую вы создаете в строке. Он может захватывать переменные, как объяснили некоторые (например, http://www.stroustrup.com/C++11FAQ.html), но есть некоторые ограничения. Например, если есть такой интерфейс обратного вызова,
void apply(void (*f)(int)) {
f(10);
f(20);
f(30);
}
Вы можете написать функцию на месте, чтобы использовать ее так же, как переданную ниже для применения:
int col=0;
void output() {
apply([](int data) {
cout << data << ((++col % 10) ? ' ' : '\n');
});
}
Но вы не можете сделать это:
void output(int n) {
int col=0;
apply([&col,n](int data) {
cout << data << ((++col % 10) ? ' ' : '\n');
});
}
из-за ограничений в стандарте C++ 11. Если вы хотите использовать снимки, вы должны полагаться на библиотеку и
#include <functional>
(или какой-нибудь другой библиотеке STL, такой как алгоритм, чтобы получить ее косвенно), а затем работать с std::function вместо передачи нормальных функций в качестве параметров, подобных этому:
#include <functional>
void apply(std::function<void(int)> f) {
f(10);
f(20);
f(30);
}
void output(int width) {
int col;
apply([width,&col](int data) {
cout << data << ((++col % width) ? ' ' : '\n');
});
}
Одно из лучших объяснений lambda expression
дан от автора C++ Бьярне Страуструпа в его книге ***The C++ Programming Language***
глава 11 ( ISBN-13: 978-0321563842):
What is a lambda expression?
Лямбда-выражение, иногда также называемое лямбда- функцией или (строго говоря, неправильно, но разговорно) как лямбда-выражение, является упрощенной нотацией для определения и использования объекта анонимной функции. Вместо определения именованного класса с помощью оператора (), создания объекта этого класса и, наконец, его вызова, мы можем использовать сокращение.
When would I use one?
Это особенно полезно, когда мы хотим передать операцию в качестве аргумента алгоритму. В контексте графических пользовательских интерфейсов (и в других местах) такие операции часто называют обратными вызовами.
What class of problem do they solve that wasn't possible prior to their introduction?
Здесь я думаю, что каждое действие, выполненное с помощью лямбда-выражения, может быть решено без них, но с гораздо большим количеством кода и гораздо большей сложностью. Лямбда-выражение - это способ оптимизации вашего кода и способ сделать его более привлекательным. Как грустно от Страуступа:
эффективные способы оптимизации
Some examples
через лямбда-выражение
void print_modulo(const vector<int>& v, ostream& os, int m) // output v[i] to os if v[i]%m==0
{
for_each(begin(v),end(v),
[&os,m](int x) {
if (x%m==0) os << x << '\n';
});
}
или через функцию
class Modulo_print {
ostream& os; // members to hold the capture list int m;
public:
Modulo_print(ostream& s, int mm) :os(s), m(mm) {}
void operator()(int x) const
{
if (x%m==0) os << x << '\n';
}
};
или даже
void print_modulo(const vector<int>& v, ostream& os, int m)
// output v[i] to os if v[i]%m==0
{
class Modulo_print {
ostream& os; // members to hold the capture list
int m;
public:
Modulo_print (ostream& s, int mm) :os(s), m(mm) {}
void operator()(int x) const
{
if (x%m==0) os << x << '\n';
}
};
for_each(begin(v),end(v),Modulo_print{os,m});
}
если вам нужно, вы можете назвать lambda expression
как ниже:
void print_modulo(const vector<int>& v, ostream& os, int m)
// output v[i] to os if v[i]%m==0
{
auto Modulo_print = [&os,m] (int x) { if (x%m==0) os << x << '\n'; };
for_each(begin(v),end(v),Modulo_print);
}
Или предположим другой простой пример
void TestFunctions::simpleLambda() {
bool sensitive = true;
std::vector<int> v = std::vector<int>({1,33,3,4,5,6,7});
sort(v.begin(),v.end(),
[sensitive](int x, int y) {
printf("\n%i\n", x < y);
return sensitive ? x < y : abs(x) < abs(y);
});
printf("sorted");
for_each(v.begin(), v.end(),
[](int x) {
printf("x - %i;", x);
}
);
}
будет генерировать следующий
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0 отсортировано - 1; х - 3; х - 4; х - 5; х - 6; х - 7; х - 33;
[]
- это список захвата или lambda introducer
: если lambdas
не требуют доступа к их местной среде, мы можем использовать его.
Цитата из книги:
Первым символом лямбда-выражения всегда является [. Лямбда-интродьюсер может принимать различные формы:
• []: пустой список захвата. Это означает, что никакие локальные имена из окружающего контекста не могут использоваться в лямбда-теле. Для таких лямбда-выражений данные получают из аргументов или из нелокальных переменных.
• [&]: неявный захват по ссылке. Все местные имена могут быть использованы. Все локальные переменные доступны по ссылке.
• [=]: неявный захват по значению. Все местные имена могут быть использованы. Все имена относятся к копиям локальных переменных, взятых в точке вызова лямбда-выражения.
• [capture-list]: явный захват; список захвата - это список имен локальных переменных, которые должны быть захвачены (то есть, сохранены в объекте) по ссылке или по значению. Переменные с именами, начинающимися с &, фиксируются по ссылке. Другие переменные фиксируются по значению. Список захвата может также содержать это и имена, сопровождаемые... как элементы.
• [&, capture-list]: неявно захватывает по ссылке все локальные переменные с именами, не упомянутыми в списке. Список захвата может содержать это. Перечисленным именам не может предшествовать &. Переменные, названные в списке захвата, фиксируются по значению.
• [=, capture-list]: неявно захватывать по значению все локальные переменные с именами, не упомянутыми в списке. Список захвата не может содержать это. Перечисленным именам должен предшествовать &. Переменные, названные в списке захвата, захватываются по ссылке.
Обратите внимание, что локальное имя, которому предшествует &, всегда захватывается ссылкой, а локальное имя, которому не предшествует &, всегда захватывается значением. Только захват по ссылке позволяет модифицировать переменные в вызывающей среде.
Additional
Lambda expression
формат
Дополнительные ссылки:
- Wiki
- open-std.org, глава 5.1.2
Лямбда в C++ обрабатывается как "функция, доступная на ходу". да, буквально на ходу, вы определяете это; используй это; и когда родительская функция завершает область действия, лямбда-функция исчезает.
C++ представил его в C++ 11, и все начали использовать его, как и везде. пример и что такое лямбда можно найти здесь https://en.cppreference.com/w/cpp/language/lambda
я опишу, чего нет, но важно знать каждому программисту на C++
Лямбда не предназначена для использования везде, и каждая функция не может быть заменена лямбда. Это также не самый быстрый по сравнению с обычной функцией. потому что у него есть некоторые накладные расходы, которые должны обрабатываться лямбда-выражением.
это, безусловно, поможет в некоторых случаях сократить количество строк. он может быть в основном использован для раздела кода, который вызывается в одной и той же функции один или несколько раз, и этот фрагмент кода больше нигде не нужен, так что вы можете создать для него отдельную функцию.
Ниже приведен основной пример лямбды и что происходит в фоновом режиме.
Код пользователя:
int main()
{
// Lambda & auto
int member=10;
auto endGame = [=](int a, int b){ return a+b+member;};
endGame(4,5);
return 0;
}
Как компиляция расширяет это:
int main()
{
int member = 10;
class __lambda_6_18
{
int member;
public:
inline /*constexpr */ int operator()(int a, int b) const
{
return a + b + member;
}
public: __lambda_6_18(int _member)
: member{_member}
{}
};
__lambda_6_18 endGame = __lambda_6_18{member};
endGame.operator()(4, 5);
return 0;
}
так что, как вы можете видеть, какие накладные расходы добавляются при использовании. так что не стоит использовать их везде. это может использоваться в местах, где они применимы.
Ну, одно практическое применение, которое я обнаружил, - это сокращение кода котельной плиты. Например:
void process_z_vec(vector<int>& vec)
{
auto print_2d = [](const vector<int>& board, int bsize)
{
for(int i = 0; i<bsize; i++)
{
for(int j=0; j<bsize; j++)
{
cout << board[bsize*i+j] << " ";
}
cout << "\n";
}
};
// Do sth with the vec.
print_2d(vec,x_size);
// Do sth else with the vec.
print_2d(vec,y_size);
//...
}
Без лямбды может понадобиться что-то сделать для разных bsize
случаев. Конечно, вы могли бы создать функцию, но что, если вы хотите ограничить использование в рамках пользовательской функции Soul? природа лямбда выполняет это требование, и я использую его для этого случая.
В C++ 11 введено лямбда-выражение, позволяющее нам написать встроенную функцию, которую можно использовать для коротких фрагментов кода.
[ capture clause ] (parameters) -> return-type
{
definition of method
}
Обычно возвращаемый тип в лямбда-выражении оценивается самим компилятором, и нам не нужно указывать, что явно и -> часть возвращаемого типа может быть проигнорирована, но в некоторых сложных случаях, как в условном выражении, компилятор не может разобрать возврат type, и нам нужно это указать.
// C++ program to demonstrate lambda expression in C++
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
// Function to print vector
void printVector(vector<int> v)
{
// lambda expression to print vector
for_each(v.begin(), v.end(), [](int i)
{
std::cout << i << " ";
});
cout << endl;
}
int main()
{
vector<int> v {4, 1, 3, 5, 2, 3, 1, 7};
printVector(v);
// below snippet find first number greater than 4
// find_if searches for an element for which
// function(third argument) returns true
vector<int>:: iterator p = find_if(v.begin(), v.end(), [](int i)
{
return i > 4;
});
cout << "First number greater than 4 is : " << *p << endl;
// function to sort vector, lambda expression is for sorting in
// non-decreasing order Compiler can make out return type as
// bool, but shown here just for explanation
sort(v.begin(), v.end(), [](const int& a, const int& b) -> bool
{
return a > b;
});
printVector(v);
// function to count numbers greater than or equal to 5
int count_5 = count_if(v.begin(), v.end(), [](int a)
{
return (a >= 5);
});
cout << "The number of elements greater than or equal to 5 is : "
<< count_5 << endl;
// function for removing duplicate element (after sorting all
// duplicate comes together)
p = unique(v.begin(), v.end(), [](int a, int b)
{
return a == b;
});
// resizing vector to make size equal to total different number
v.resize(distance(v.begin(), p));
printVector(v);
// accumulate function accumulate the container on the basis of
// function provided as third argument
int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
int f = accumulate(arr, arr + 10, 1, [](int i, int j)
{
return i * j;
});
cout << "Factorial of 10 is : " << f << endl;
// We can also access function by storing this into variable
auto square = [](int i)
{
return i * i;
};
cout << "Square of 5 is : " << square(5) << endl;
}
Выход
4 1 3 5 2 3 1 7
First number greater than 4 is : 5
7 5 4 3 3 2 1 1
The number of elements greater than or equal to 5 is : 2
7 5 4 3 2 1
Factorial of 10 is : 3628800
Square of 5 is : 25
Лямбда-выражение может иметь больше возможностей, чем обычная функция, за счет доступа к переменным из окружающей области. Мы можем захватить внешние переменные из области видимости тремя способами:
- Захват по ссылке
- Захват по значению
- Захват обоими (смешанный захват)
Синтаксис, используемый для захвата переменных:
- [&]: захватить все внешние переменные по ссылке
- [=]: захватить все внешние переменные по значению
- [a, &b]: захватить a по значению и b по ссылке. Лямбда с пустым предложением захвата [] может получить доступ только к той переменной, которая является локальной для него.
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v1 = {3, 1, 7, 9};
vector<int> v2 = {10, 2, 7, 16, 9};
// access v1 and v2 by reference
auto pushinto = [&] (int m)
{
v1.push_back(m);
v2.push_back(m);
};
// it pushes 20 in both v1 and v2
pushinto(20);
// access v1 by copy
[v1]()
{
for (auto p = v1.begin(); p != v1.end(); p++)
{
cout << *p << " ";
}
};
int N = 5;
// below snippet find first number greater than N
// [N] denotes, can access only N by value
vector<int>:: iterator p = find_if(v1.begin(), v1.end(), [N](int i)
{
return i > N;
});
cout << "First number greater than 5 is : " << *p << endl;
// function to count numbers greater than or equal to N
// [=] denotes, can access all variable
int count_N = count_if(v1.begin(), v1.end(), [=](int a)
{
return (a >= N);
});
cout << "The number of elements greater than or equal to 5 is : "
<< count_N << endl;
}
Выход:
First number greater than 5 is : 7
The number of elements greater than or equal to 5 is : 3
Решается одна проблема: код, более простой, чем лямбда, для вызова в конструкторе, который использует функцию выходного параметра для инициализации константного члена
Вы можете инициализировать константный член вашего класса с помощью вызова функции, которая устанавливает его значение, возвращая его вывод в качестве выходного параметра.