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文章分类

全部博文(567)

分类: C/C++

2019-05-30 09:42:01

目录

目录 1

1. 前言 1

2. 示例1 1

3. 示例2 2

4. 示例3 3

5. 示例4 3

6. 示例5 6

7. 匿名类规则 6

8. 参考资料 7

 

1. 前言

本文代码测试环境为“GCC-9.1.0”,有关编译器的安装请参考《安装GCC-8.3.0及其依赖》,适用于“GCC-9.1.0”。

本文试图揭露Lambda背后一面,以方便更好的理解和掌握LambdaLambda代码段实际为一个编译器生成的类的“operator ()”函数,编译器会为每一个Lambda函数生成一个匿名的类(在C++中,类和结构体实际一样,无本质区别,除了默认的访问控制)。

Lambda的最简单理解,是将它看作一个匿名类(或结构体),实际上也确实如此,编译器把Lambda编译成了匿名类。

2. 示例1

先看一段几乎最简单的Lambda代码:

// g++ -g -o a1 a1.cpp -std=c++11

#include 

int main() {

  auto f = [] { printf("f\n"); }; // 注意“}”后的“;”必不可少,否则编译报错

  return 0;

}

 

如果Lambda表达式(或函数)没有以“;”结尾,则编译时将报如下错误:

a3.cpp: In function 'int main()':

a3.cpp:4:3: error: expected ',' or ';' before 'return'

    4 |   return 0;

      |   ^~~~~~

 

Lambda之所以神奇,这得益于C++编译器的工作,上述“f”实际长这样:

type = struct  {

}

 

一个匿名的类(或结构体),实际上还有一个成员函数“operator () const”。注意这里成员函数是”const”类型,这是默认的。如果需非”const”成员函数,需要加”mutable”修饰,如下所示:

auto f = [n]() mutable { printf("%d\n", n); };

 

上面例子对应的匿名类没有任何类数据成员,现在来个有类数据成员的代码:

// g++ -g -o a1 a1.cpp -std=c++11

#include 

int main() {

  int n = 3;

  auto f = [n] { printf("%d\n", n); };

  f(); // 这里实际调用的是匿名类的成员函数“operator ()

  return 0;

}

 

这时,“f”实际长这样,它是一个含有类数据成员的匿名类,而不再是空无一特的类:

type = struct  {

    int __n;

}

3. 示例2

继续来个变种:

// g++ -g -o a1 a1.cpp -std=c++11

#include 

int main() {

  int n = 3;

  auto f = [&n]() mutable { printf("%d\n", n); };

  f();

  return 0;

}

 

这时,“f”实际长这样,一个包含了引用类型的匿名类:

type = struct  {

    int &__n;

}

4. 示例3

继续变种,“&”的作用让Lambda函数可使用Lambda所在作用域内所有可见的局部变量(包括Lambda所在类的this),并且是以引用传递方式:

// g++ -g -o a1 a1.cpp -std=c++11

#include 

int main() {

  int n = 3;

  auto f = [&]() mutable { printf("%d\n", n); };

  f();

  return 0;

}

 

“f”实际长这样:

type = struct  {

    int &__n;

}

 

变稍复杂一点:

// g++ -g -o a1 a1.cpp -std=c++11

#include 

int main() {

  int n = 3;

  int m = 5;

  auto f = [&]() mutable { printf("%d\n", n); };

  f();

  return 0;

}

 

可以看到,“f”并没有发生变化:

type = struct  {

    int &__n;

}

5. 示例4

继续增加复杂度:

// g++ -g -o a1 a1.cpp -std=c++11

#include 

int main() {

  int n = 3;

  int m = 5;

  auto f = [&]() mutable { printf("%d,%d\n", n, m); };

  f();

  return 0;

}

 

可以看到“f”变了:

type = struct  {

    int &__n;

    int &__m;

}

 

从上面不难看出,编译器只会把Lambda函数用到的变量打包进对应的匿名类。继续一个稍复杂点的:

// g++ -g -o a1 a1.cpp -std=c++11

#include 

struct X {

  void foo() { printf("foo\n"); }

  void xoo() {

    auto f = [&] { foo(); };

    f();

  }

};

int main() {

  X().xoo();

  return 0;

}

 

这时,“f”实际长这样:

type = struct X:: {

    X * const __this; // X类型的指针(非对象)

}

 

如果将“auto f = [&] { foo(); };”中的“&”去掉,则会遇到编译错误,提示“this”没有被Lambda函数捕获:

a2.cpp: In lambda function:

a2.cpp:5:23: error: 'this' was not captured for this lambda function

    5 |     auto f = [] { foo(); };

      |                       ^

a2.cpp:5:23: error: cannot call member function 'void X::foo()' without object

 

改成下列方式捕获也是可以的:

// g++ -g -o a1 a1.cpp -std=c++11

#include 

struct X {

  void foo() { printf("foo\n"); }

  void xoo() {

    auto f = [this] { foo(); };

    f();

  }

};

int main() {

  X().xoo();

  return 0;

}

 

如果是C++17,还可以这样:

// g++ -g -o a1 a1.cpp -std=c++17

#include 

struct X {

  void foo() { printf("foo\n"); }

  void xoo() {

    auto f = [*this]() mutable { foo(); };

    f();

  }

};

int main() {

  X().xoo();

  return 0;

}

 

注意得有“mutable”修饰,不然报如下编译错误:

a2.cpp: In lambda function:

a2.cpp:5:30: error: passing 'const X' as 'this' argument discards qualifiers [-fpermissive]

    5 |     auto f = [*this]() { foo(); };

      |                              ^

a2.cpp:3:8: note:   in call to 'void X::foo()'

    3 |   void foo() { printf("foo\n"); }

      |        ^~~

 

也可以这样:

// g++ -g -o a1 a1.cpp -std=c++17

#include 

struct X {

  void foo() { printf("foo\n"); }

  void xoo() {

    auto f = [&,*this]() mutable { foo(); };

    f();

  }

};

int main() {

  X().xoo();

  return 0;

}

 

使用“*this”时的“f”样子如下:

type = struct X:: {

    X __this; // X类型的对象(非指针)

}

6. 示例5

继续研究,使用C++ RTTIRun-Time Type Identification,运行时类型识别)设施“typeid”查看Lambda函数:

// g++ -g -o a1 a1.cpp -std=c++11

#include 

#include <typeinfo>

struct X {

  void xoo() {

    auto f = [] { printf("f\n"); };

    printf("%s\n", typeid(f).name());

    // 注:typeid返回值类型为“std::type_info”

  }

};

int main() {

  X().xoo();

  return 0;

}

 

运行输出:

ZN1X3xooEvEUlvE_

7. 匿名类规则

编译器为Lambda生成的匿名类规则(不同标准有区别):

构造函数

拷贝构造函数

ClosureType() = delete;

C++14前

ClosureType() = default;

C++20起,

仅当未指定任何俘获时

ClosureType(const ClosureType& ) = default;

C++14起

ClosureType(ClosureType&& ) = default;

C++14起

拷贝复制函数

ClosureType& operator=(const ClosureType&) = delete;

C++20前

ClosureType& operator=(const ClosureType&) = default;

ClosureType& operator=(ClosureType&&) = default;

C++20起,

仅当未指定任何俘获时

ClosureType& operator=(const ClosureType&) = delete;

C++20起,其他情况

析构函数

~ClosureType() = default;

析构函数是隐式声明的

 

对于标记为“delete”的函数是不能调用的,如下列代码中的“f2 = f1;”将触发编译错误:

int main() {

  auto f1 = []{};

  auto f2 = f1;

  f2 = f1;

  return 0;

}

 

上列代码在C++11C++14C++17均会报错。不过如规则所示,C++20(含C++2a)上则可以正常编译:

a3.cpp: In function 'int main()':

a3.cpp:4:8: error: use of deleted function 'main()::& main()::::operator=(const main()::&)'

    4 |   f2 = f1;

      |        ^~

a3.cpp:2:14: note: a lambda closure type has deleted copy assignment operator

    2 |   auto f1 = []{};

      |              ^

 

希望通过本文,对理解Lambda有所帮助。

8. 参考资料

1) https://zh.cppreference.com/w/cpp/language/lambda

2) https://docs.microsoft.com/en-us/cpp/cpp/lambda-expressions-in-cpp?view=vs-2019

3) https://en.cppreference.com/w/cpp/language/lambda

4) https://stackoverflow.com/questions/7627098/what-is-a-lambda-expression-in-c11

5) https://www.cprogramming.com/c++11/c++11-lambda-closures.html

 

 

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