C++11新特性：Lambda函數（匿名函數）

加入了自己的了解，不是簡單的翻譯

C++11終于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表達式實作的。Lambda表達式又稱為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

基本的Lambda函數

我們可以這樣定義一個Lambda函數：

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

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，中括号中間有可能還會填參數，這在後面介紹。之後的()填寫的是lambda函數的參數清單{}中間就是函數體了。

正常情況下，隻要函數體中所有return都是同一個類型的話，編譯器就會自行判斷函數的傳回類型。也可以顯示地指定lambda函數的傳回類型。這個需要用到函數傳回值後置的功能,比如這個例子：

1. [] () -> int { return 1; }  

是以總的來說lambda函數的形式就是：

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

Lambda函數的用處

假設你設計了一個位址簿的類。現在你要提供函數查詢這個位址簿，可能根據姓名查詢，可能根據位址查詢，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。是以你應該提供一個接口，能友善地讓使用者自定義自己的查詢方式。在這裡可以使用lambda函數來實作這個功能。

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

從上面代碼可以看到，findMatchingAddressses函數提供的參數是Func類型，這是一個泛型類型。在使用過程中應該傳入一個函數，然後分别對位址簿中每一個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？

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

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

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，隻要定義不同的lambda函數就可以了。

Lambda函數中的變量截取

在上述例子中，lambda函數使用的都是函數體的參數和它内部的資訊，并沒有使用外部資訊。我們設想這樣的一個場景，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，在位址簿中查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中的變量，是以我們就得使用變量截取功能（Variable Capture)。

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作用域中的變量name了。這個lambda函數一個最大的差別是[]中間加入了&符号。這就告訴了編譯器，要進行變量截取。這樣lambda函數體就可以使用外部變量。如果不加入任何符号，編譯器就不會進行變量截取。

下面是各種變量截取的選項：

• [] 不截取任何變量
• [&} 截取外部作用域中所有變量，并作為引用在函數體中使用
• [=] 截取外部作用域中所有變量，并拷貝一份在函數體中使用
• [=, &foo]   截取外部作用域中所有變量，并拷貝一份在函數體中使用，但是對foo變量使用引用
• [bar]   截取bar變量并且拷貝一份在函數體重使用，同時不截取其他變量
• [this]            截取目前類中的this指針。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友善。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：

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++ )  
7.     cout << *itr;  

現在有了lambda函數你就可以這麼寫

5. for_each( v.begin(), v.end(), [] (int val)  
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”循環展開“來加速執行過程（計算機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表達式和STL

聲明：本文參考了Alex Allain的文章http://www.cprogramming.com/c++11/c++11-lambda-closures.html