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[C++知识库]c++11 lambda表达式底层

1、概述

lambda表达式也叫匿名函数或闭包,如果这个函数只使用不频繁,或者是不想起名,可以使用匿名函数。
lambda式可以临时制作出回调函数、接口适配函数或语境相关函数的特化版本以供一次性使用。

// 闭包可以复制
auto fun = [capture_list](parameter_list)->return type{fucntion body};

2、捕获方式

捕获是针对于在创建lambda式的作用域内可见的非静态 局部变量(包括形参),捕获的变量放在中括号内。

C++11中有两种捕获模式:按值或按引用, 根据不同的捕获方式,闭包类会持有数据的副本或引用。

void function()
{
	int index = 0;
	std::string str = "abc";
	Widget *pWdt = new Widget();
	
	auto f = [&](){
		pWdt->setName("name"); // 按引用捕获可能导致空悬引用(在function() 结束之后调用该闭包)
	};
}
[ ]:	不能访问任何局部变量
[str]:	按值访问局部变量str(可以使用mutable去掉常量属性)
[&str]:按引用访问局部变量str
[=]:	按值访问所有局部变量(按值默认捕获,一般要避免)
[&]:	按引用访问所有局部变量(按引用默认捕获,一般要避免)
[=,&str]:按引用访问str,按值访问其它局部变量
[&,str]: 按值访问str,按引用访问其它局部变量

注意问题:

  • 一般来说,最好是显式地列出lambda式所依赖的局部变量,避免使用默认捕获模式。
  • 引用捕获局部变量可能导致空悬引用,这时可以改用按值捕获,这样闭包会持有这个指针的副本。
  • 捕获this指针也可能会导致有悬空的指针,这时可以将你想要的成员变量复制到局部变量中,然后捕获该局部副本。或者是使用c++14中的广义lambda捕获。

3、底层原理

从下图可以看出,lambda表达式其实就是一个类模版,在使用时会被实例化。
每个lambda式都会触发编译器生成一个独一无二的闭包类,闭包中的语句变成该类成员函数operator( )中的执行指令。
在这里插入图片描述

4、广义lambda捕获(C++14)

广义lambda捕获也叫 初始化捕获,一般使用场景有两个:

  • 需要把一个只移对象放入闭包(如:std::unique_ptr或std::future型别的对象)
  • 想要把一个 复制成本很高,但移动成本很低 的对象放入闭包

c++14为对象移动到闭包提供了直接支持。

class Widget {
public:
	void setTitle(const std::string&);
	void setIcon(const icon&);
	void show();
	
private:
	......
};

auto pWdt = std::make_unique<Widget>();
pWdt->setTitle("title");

auto fun = [pw = std::move(pWdt)]{
	pw->show();
};

// 也可
auto fun1 = [pw = std::make_unique<Widget>()]{
	pw->show();
}

[pw = std::move(pWdt)]
上面这段代码就是初始化捕获,在=左边的,是你指定的闭包类成员变量的名字,右边是这个成员变量的初始化表达式。

如果编译器不支持c++14,也可以使用std::bind模拟初始化捕获。

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