C++11新特性：Lambda函数（匿名函数）

声明：本文参考了Alex Allain的文章http://www.cprogramming.com/c++11/c++11-lambda-closures.html

加入了自己的理解，不是简单的翻译

 

C++11终于知道要在语言中加入匿名函数了。匿名函数在很多时候可以为编码提供便利，这在下文会提到。很多语言中的匿名函数，如C++，都是用Lambda表达式实现的。Lambda表达式又称为lambda函数。我在下文中称之为Lambda函数。

为了明白Lambda函数的用处，请务必先搞明白C++中的自动类型推断：http://blog.csdn.net/srzhz/article/details/7934483

 

基本的Lambda函数

 
我们可以这样定义一个Lambda函数：
 

#include <iostream>  
  
using namespace std;  
  
int main()  
{  
    auto func = [] () { cout << "Hello world"; };  
    func(); // now call the function  
}  

其中func就是一个lambda函数。我们使用auto来自动获取func的类型，这个非常重要。定义好lambda函数之后，就可以当这场函数来使用了。
其中 [ ] 表示接下来开始定义lambda函数，中括号中间有可能还会填参数，这在后面介绍。之后的()填写的是lambda函数的参数列表{}中间就是函数体了。
正常情况下，只要函数体中所有return都是同一个类型的话，编译器就会自行判断函数的返回类型。也可以显示地指定lambda函数的返回类型。这个需要用到函数返回值后置的功能,比如这个例子：

[] () -> int { return 1; }  

 
所以总的来说lambda函数的形式就是：
 

[captures] (params) -> ret {Statments;}  

Lambda函数的用处

 
假设你设计了一个地址簿的类。现在你要提供函数查询这个地址簿，可能根据姓名查询，可能根据地址查询，还有可能两者结合。要是你为这些情况都写个函数，那么你一定就跪了。所以你应该提供一个接口，能方便地让用户自定义自己的查询方式。在这里可以使用lambda函数来实现这个功能。

#include <string>  
#include <vector>  
  
class AddressBook  
{  
    public:  
    // using a template allows us to ignore the differences between functors, function pointers   
    // and lambda  
    template<typename Func>  
    std::vector<std::string> findMatchingAddresses (Func func)  
    {   
        std::vector<std::string> results;  
        for ( auto itr = _addresses.begin(), end = _addresses.end(); itr != end; ++itr )  
        {  
            // call the function passed into findMatchingAddresses and see if it matches  
            if ( func( *itr ) )  
            {  
                results.push_back( *itr );  
            }  
        }  
        return results;  
    }  
  
    private:  
    std::vector<std::string> _addresses;  
};  

从上面代码可以看到，findMatchingAddressses函数提供的参数是Func类型，这是一个泛型类型。在使用过程中应该传入一个函数，然后分别对地址簿中每一个entry执行这个函数，如果返回值为真那么表明这个entry符合使用者的筛选要求，那么就应该放入结果当中。那么这个Func类型的参数如何传入呢？
 

AddressBook global_address_book;  
  
vector<string> findAddressesFromOrgs ()  
{  
    return global_address_book.findMatchingAddresses(   
        // we're declaring a lambda here; the [] signals the start  
        [] (const string& addr) { return addr.find( ".org" ) != string::npos; }   
    );  
}  

可以看到，我们在调用函数的时候直接定义了一个lambda函数。参数类型是

const string& addr  

返回值是bool类型。
如果用户要使用不同的方式查询的话，只要定义不同的lambda函数就可以了。
 

Lambda函数中的变量截取

 
 
在上述例子中，lambda函数使用的都是函数体的参数和它内部的信息，并没有使用外部信息。我们设想这样的一个场景，我们从键盘读入一个名字，然后用lambda函数定义一个匿名函数，在地址簿中查找有没有相同名字的人。那么这个lambda函数势必就要能使用外部block中的变量，所以我们就得使用变量截取功能（Variable Capture)。

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

从上述代码看出，我们的lambda函数已经能使用外部作用域中的变量name了。这个lambda函数一个最大的区别是[]中间加入了&符号。这就告诉了编译器，要进行变量截取。这样lambda函数体就可以使用外部变量。如果不加入任何符号，编译器就不会进行变量截取。
 
下面是各种变量截取的选项：

[] 不截取任何变量
[&} 截取外部作用域中所有变量，并作为引用在函数体中使用
[=] 截取外部作用域中所有变量，并拷贝一份在函数体中使用
[=, &foo]   截取外部作用域中所有变量，并拷贝一份在函数体中使用，但是对foo变量使用引用
[bar]   截取bar变量并且拷贝一份在函数体重使用，同时不截取其他变量
[this]            截取当前类中的this指针。如果已经使用了&或者=就默认添加此选项。

Lambda函数和STL

 
 
lambda函数的引入为STL的使用提供了极大的方便。比如下面这个例子，当你想便利一个vector的时候，原来你得这么写：

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

现在有了lambda函数你就可以这么写

vector<int> v;  
v.push_back( 1 );  
v.push_back( 2 );  
//...  
for_each( v.begin(), v.end(), [] (int val)  
{  
    cout << val;  
} );  

而且这么写了之后执行效率反而提高了。因为编译器有可能使用”循环展开“来加速执行过程（计算机系统结构课程中学的）。
http://www.nwcpp.org/images/stories/lambda.pdf 这个PPT详细介绍了如何使用lambda表达式和STL