什么是Lambda？

C++ 11加入了一個非常重要的特性——Lambda表達式。營里（戴維營）的兄弟都對Objective-C很熟悉，許多人多block情有獨鐘，將各種回調(diào)函數(shù)、代理通通都用它來實現(xiàn)。甚至有人選擇用FBKVOController、BlocksKit等開源框架將KVO、控件事件處理都改為通過block解決。原因就是簡單、方便、直觀，函數(shù)的定義和使用出現(xiàn)在同一個地方。這里的Lambda表達式實際上和block非常類似，當(dāng)然如果你用它和Swift語言的閉包比較，那就是一回事了。

這是一個關(guān)于C\C++程序員的一個小故事，關(guān)于C++11——剛剛通過的新標(biāo)準的一個小故事…

請不要誤會，題目中所提及的“優(yōu)化”并不是提升程序的性能——Lambda表達式干不了這個。從本質(zhì)上來說，它只是一種“語法糖”而已。不使用這種表達式，我們照樣可以寫出滿足需求的程序。正如放棄C而使用匯編，或者放棄匯編而使用機器語言一樣，你能控制的范圍就在那里，不增不減。但如果有得選擇，我相信大部分人會選擇匯編而非機器語言，選擇C而非匯編，甚至選擇C++而非C語言……。如果你確實是這樣選擇的，那么我有理由相信，你會選擇C++新標(biāo)準中的Lambda表達式，因為它確實能夠簡化你的程序，讓你寫起程序來更容易；讓你的程序更易讀，更優(yōu)美；同時也讓你有更多向同行炫耀的資本。

從一個實際的應(yīng)用說起

讓我們還是看一個例子吧。

無論是C語言的使用者，還是C++的用戶，如果你從事PC程序的算法開發(fā)，我有96.57%的把握認為你可能使用過C++標(biāo)準模板庫STL（其中的string，vector之類）。畢竟，STL的抽象不錯，不用白不用，是不是。STL中有一大類是算法，這些算法的抽象同樣不錯，我們就拿排序算法（sort）來說事吧。

假設(shè)現(xiàn)在有一個結(jié)構(gòu)稱為Student，其中包含了ID與name兩項——分別表示學(xué)號與姓名。在某個應(yīng)用中，用戶希望對一個Student的數(shù)組按照ID的從大到小排序，那么程序可能寫成如下的形式（本文中的所有程序均在Visual Studio 2010下編譯通過）：

#include <string>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <algorithm>
using namespace std;
struct Student {
unsigned ID;
string name;
Student(unsigned i, string n) : ID(i), name(n){}
};
struct compareID {
bool operator ()(const Student& val1, const Student& val2)  const {
return val1.ID < val2.ID;
}
};
int main(int argc, char* argv[]) {
Student a[] = {Student(2, “John”), Student(0, “Tom”), Student(1, “Lily”)};
sort(a, a+3, compareID());
for(int i=0; i<3; ++i)
cout<<a[i].ID<<' ‘<<a[i].name<<endl;
return 0
}

程序用sort進行排序，之后用一個for循環(huán)輸出結(jié)果。而之所以能完成這個排序，則是由于仿函數(shù)compardID的存在。

現(xiàn)在假設(shè)用戶的需求變了（或者是另一個需求），需要你按照學(xué)生的姓名進行排序，那么你需要重新寫一個仿函數(shù)如下：

struct compareName {
bool operator ()(const Student& val1, const Student& val2) const {
return val1.name < val2.name;
}
};

然后將sort的調(diào)用修改為：

sort(a, a+3, compareName());

問題出現(xiàn)了，你意識到了嗎？你只是想表達一個很簡單的排序方式，確不得不引入很多的代碼行來建相應(yīng)的仿函數(shù)。如果這個函數(shù)在很多地方都會用到，那么建立它的價值還相對較大。如果只是用在一個地方，你也不得不中段你流暢是思路，一邊罵娘一邊寫出這么多行代碼。另一方面，程序的讀者在讀到相應(yīng)部分的時候，也不得不中段他流暢的思路，在工程的某個地方苦苦求索——compareName或者compareID是怎么干的呢？

是的，是的，作為一個C++老鳥，你會說，這樣寫代碼太不專業(yè)了。完全可以有不建立仿函數(shù)的寫法，比如以ID排序時，完全可以通過引入boost庫中的bind來實現(xiàn)，比如這樣：

sort(a, a+3, bind(less<unsigned>(), bind(&Student::ID, _1), bind(&Student::ID, _2)));

如果你能寫出或是讀懂這段代碼，我承認你的C++水平確實說得過去（如果讀不懂，沒關(guān)系，它不是本文的重點）。但這段代碼真的好嗎？確實，這樣可以省略了仿函數(shù)。但問題是代碼的復(fù)雜性大大增加了——即使如此簡單的一個需求，bind表達式也要復(fù)雜如斯，更復(fù)雜一點的需求要寫成何等復(fù)雜的形式啊，這對于bind本身，寫程序的人，讀程序的人都是一種折磨——你hold住嗎？

如果用Lambda表達式呢，唔，這個sort語句可以這么寫：

sort(a, a+3, [](const Student& val1, const Student& val2){ return val1.ID < val2.ID; });

那個看上去有點奇怪的，sort的第三個函數(shù)就是一個Lambda表達式了。如果我們除去開頭的“[]”不看，后面的部分很像一個函數(shù)——你可以很容易地看出這個函數(shù)是干什么的：給定兩個Student元素，比較兩個元素的ID值，并返回比較結(jié)果——這玩意兒比上面那個bind結(jié)果容易閱讀多了。
事實上，利用Lambda表達式，上述程序可以修改為如下的樣子（只列出了main函數(shù)）：

int main(int argc, char* argv[]) {
Student a[] = {Student(2, “John”), Student(0, “Tom”), Student(1, “Lily”)};
sort(a, a+3, [](const Student& val1, const Student& val2){ return val1.ID < val2.ID; });
for_each(a, a+3, [](const Student& val){cout<<val.ID<<' ‘<<val.name<<endl;});
return 0
}

其中的for_each句用于輸出——其中的Lambda表達式意味著：對于每一個val，輸出其ID與Name值——這樣我們連for循環(huán)也省了。

Lambda表達式的引入就是為了更方便地書寫程序，更容易地閱讀程序。如同STL一樣，有什么理由不去用呢？

Lambda表達式的基本語法

有了感性的認識后，我們來分析一下Lambda表達式的語法。

我這里無意把C++標(biāo)準草案中Lambda表達式的有關(guān)章節(jié)翻譯過來（我也不佩這么做）。只是在這里希望以最通俗的方式將它的語法講解一二。從結(jié)構(gòu)上說，Lambda表達式可以寫成如下的形式：

Lambda-introducer lambda-declarator(opt) compound-statement

其中的Lambda-introducer就是剛剛的那個“[]”它是不能省略的。中括號中也可能出現(xiàn)變量。表示將局部變量傳入到Lambda表達式中。lambda-declaratoropt是可選擇的，包括了表達式的參數(shù)列表，返回值信息， mutable聲明（以及一些其它信息，這里不做討論）。而最后的compound-statement則是表達式的主要內(nèi)容。

還是看一個例子吧：

int n = 10;
[n](int k) mutable -> int { return k + n; };

程序的第二行是一個lambda表達式，lambda里能出現(xiàn)的東西幾乎全了（當(dāng)然，正如我在前文說的，有一些其它信息這里不做討論，所以沒有加入其中）。讓我們對里面的東西一一分析：

• l[n]是Lambda-introducer，而n是一個變量，表明該表達式作用域中的變量n將被傳入這個表達式。以本程序為例，傳入的值是10。Lambda-introducer可以指定變量以值的方式傳入，也可以用其它的形式指定其以引用的方式傳入。其變型大家就baidu一下吧J
• l(int k)表示了參數(shù)列表，屬于lambda-declarator的一部分。你可以把表達式看成一個仿函數(shù)（如上文的）。這里指定了仿函數(shù)的參數(shù)列表。如果函數(shù)的參數(shù)列表為空，這一部分可以省略。
• lmutable表示仿函數(shù)中的變量能否改變。以前文中compareID這個仿函數(shù)為例，注意到其中的operator ()是const的。如果lambda表達式中引入了這個mutable，則對應(yīng)的仿函數(shù)中operator()的定義將不包含這個const——這意味著仿函數(shù)中的變量值（Lambda-introducer傳入）可以改變。討論operator() const與operator()的區(qū)別已經(jīng)超出了本文的范圍，想了解的話，看看C++相關(guān)教程吧
• l-> int 表示返回類型（這里是int）。如果編譯器能從代碼中推斷出返回類型，或者Lambda表達式的返回類型為void，則該項可省略；
• l{ return k+n; }是compound-statement：函數(shù)體。

通過分析可以看出，這個Lambda表達式相當(dāng)于一個函數(shù)，該函數(shù)讀入一個int值k，將該值加上n返回。根據(jù)上述說明，這個表達式可以簡寫為：

[n](int k){ return k + n; };

Lambda表達式可以存儲在std::function<T> 或 std:: reference_closure<T>類型的變量中。其中的T表示了表達式對應(yīng)函數(shù)的類型。以上述表達式為例，它輸入?yún)?shù)為int型變量，輸出為int，那么為了保存它，可以寫成如下的形式：

function<int(int)> g = [n](int k){ return k + n; };

另一個例子，前文所使用的Lambda表達式:

[](const Student& val1, const Student& val2){ return val1.ID < val2.ID; }

可以存儲于function<bool(const Student&, const Student&)>這個類型的變量中。

如果你嫌這么寫麻煩，也可以利用C++新標(biāo)準中另一個新特性：類型推導(dǎo)。即用auto作為變量的類型，讓編譯器自己推導(dǎo)表達式的類型：

auto g = [n](int k){ return k + n; };

沒問題，這樣寫g還是一個強類型的變量，只不過其類型是由編譯器推導(dǎo)的，好處是你不用寫太長的變量類型了J

Lambda表達式進階

作為結(jié)尾，我們來看一些C++ Lambda表達式進階的用法。

Lambda表達式被引入主要是用于函數(shù)式編程。有了Lambda表達式，我們也可以做一些函數(shù)式編程的東西。比如將一個函數(shù)作為返回值的應(yīng)用：

auto g = [](int n) -> function<void (int)> {
return [n](int k){ cout<<n+k<<' ‘; };
};

它是一個Lambda表達式，輸入一個整型變量n，返回一個函數(shù)（lambda表達式），這個函數(shù)接收一個int值k，并打印出k+n。g的使用方法如下：

int a[]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
function<void (int)> f = g(2);
for_each(a, a+10, f);

它將輸出：3 4 5 6 7 8 9 10 11 2

有一點函數(shù)式編程的味道了

至于其它的東西，比如如下的表達式：

[](){}();

是一個有效的調(diào)用。其中“[](){}”表示一個Lambda表達式，其輸入?yún)?shù)為空，返回void，什么都不干。而最后的()表示調(diào)用其求值——雖然什么都不干，但編譯能通過，很唬人喔

好了，就寫到這里吧。關(guān)于Lambda表達式想說的最后一件事是：它是新標(biāo)準C++11中定義的。老的編譯器不支持（這也是我用VS2010的原因）。想要用它，以及其它新標(biāo)準帶來的好處嗎？嘿，你的家伙（指編譯器）該升級了。

最新評論