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編譯器如何實現(xiàn)lambda表達(dá)式？

[[404386]]

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本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「程序喵大人」，作者程序喵大人。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系程序喵大人公眾號。

lambda表達(dá)式在C++11中引入，用lambda表達(dá)式表示匿名函數(shù)非常方便，語法很簡單，而且可以使代碼更緊湊，更易于閱讀。

lambda表達(dá)式更適合定義小點的回調(diào)內(nèi)聯(lián)去傳遞給其他函數(shù)，而不是在其他地方定義個完整的函數(shù)對象，并在其重載函數(shù)調(diào)用運算符中實現(xiàn)回調(diào)邏輯。所有的邏輯都在一個位置上，容易理解和維護(hù)，lambda表達(dá)式可以接收參數(shù)，可返回值，可模板化，可通過值或引用的方式訪問外面的變量，相當(dāng)?shù)撵`活。

關(guān)于lambda表達(dá)式的使用，我之前介紹過，可以看這篇文章搞定c++11新特性std::function和lambda表達(dá)式，這里一筆帶過：

 
 
 
    
  
  
  
  1. auto lambda { []{ cout << "Hello \n"; } }; 
    2.   
  
  
  2. lambda(); 
    3.

那這個lambda表達(dá)式是如何實現(xiàn)的呢?

編譯器會將lambda表達(dá)式自動轉(zhuǎn)換為函數(shù)對象，編譯器會為此生成個唯一的命名。上面的示例會自動的轉(zhuǎn)換成下面這樣的函數(shù)對象，注意函數(shù)調(diào)用運算符是個const方法，返回類型是auto，這方便編譯器根據(jù)方法體自動推導(dǎo)出返回類型。

 
 
 
    
  
  
  
  1. class CompilerGeneratedName { 
    2.   
  
  
  2.     public: 
    3.   
  
  
  3.         auto operator()() const { cout << "Hello \n"; } 
    4.   
  
  
  4. }; 
    5.

編譯器生成的lambda閉包名字會是一些奇怪的名子，例如__Lambda_21Za等，我們沒法知道這個名字，我們也不需要知道這個名字。

lambda表達(dá)式可以接收參數(shù)，參數(shù)在圓括號之間指定，就像普通函數(shù)一樣，下面是例子：

 
 
 
    
  
  
  
  1. auto lambda { 
    2.   
  
  
  2.     [](int value){ cout << "The value is " << value << endl; } }; 
    3.   
  
  
  3. lambda(42); 
    4.

如果lambda表達(dá)式不接收任何參數(shù)，可以指定空括號或者直接省略括號。

編譯器會將上面的lambda表達(dá)式自動轉(zhuǎn)換為下面這樣：

 
 
 
    
  
  
  
  1. class CompilerGeneratedName { 
    2.   
  
  
  2.     public: 
    3.   
  
  
  3.         auto operator()(int value) const { 
    4.   
  
  
  4.             cout << "The value is " << value << endl; } 
    5.   
  
  
  5. }; 
    6.

lambda表達(dá)式可以返回值，返回類型在箭頭后面指定，稱為尾返回類型，看代碼：

 
 
 
    
  
  
  
  1. auto lambda { [](int a, int b) -> { return a + b; } }; 
    2.   
  
  
  2. int sum = lambda(11, 22); 
    3.

編譯器轉(zhuǎn)成這樣：

 
 
 
    
  
  
  
  1. class CompilerGeneratedName { 
    2.   
  
  
  2.     public: 
    3.   
  
  
  3.         auto operator()(int a, int b) const { return a + b; } 
    4.   
  
  
  4. }; 
    5.

那能捕獲變量的lambda表達(dá)式是怎么實現(xiàn)的呢?

比如下面的lambda表達(dá)式：

 
 
 
    
  
  
  
  1. double data { 1.234 }; 
    2.   
  
  
  2. auto lambda { [data]{ cout << "Data = " << data << endl; } } 
    3.

捕獲的變量會變?yōu)閘ambda閉包的數(shù)據(jù)成員，值捕獲的變量被拷貝到仿函數(shù)的數(shù)據(jù)成員中，編譯器的行為是這樣：

 
 
 
    
  
  
  
  1. class CompilerGeneratedName 
    2.   
  
  
  2. { 
    3.   
  
  
  3.     public: 
    4.   
  
  
  4.         CompilerGeneratedName(const double& d) : data { d } {} 
    5.   
  
  
  5.         auto operator()() const { cout << "Data = " << data << endl; } 
    6.   
  
  
  6.     private: 
    7.   
  
  
  7.         double data; 
    8.   
  
  
  8. }; 
    9.

還有泛型lambda表達(dá)式：

 
 
 
    
  
  
  
  1. auto areEqual { [](const auto& value1, const auto& value2) { 
    2.   
  
  
  2.     return value1 == value2; } }; 
    3.   
  
  
  3.  
    4.   
  
  
  4. vector values1 { 2, 5, 6, 9, 10, 1, 1 }; 
    5.   
  
  
  5. vector values2 { 4, 4, 2, 9, 0, 3, 1 }; 
    6.   
  
  
  6. findMatches(values1, values2, areEqual, printMatch); 
    7.

編譯器會轉(zhuǎn)換成這樣：

 
 
 
    
  
  
  
  1. class CompilerGeneratedName { 
    2.   
  
  
  2.     public: 
    3.   
  
  
  3.         template  
    4.   
  
  
  4.         auto operator()(const T1& value1, const T2& value2) const 
    5.   
  
  
  5. { return value1 == value2; } 
    6.   
  
  
  6. }; 
    7.

如果findMatches()函數(shù)中的參數(shù)是其他類型，那么areEqual泛型表達(dá)式不需要任何更改就可以直接繼續(xù)使用。

聊完了編譯器怎么實現(xiàn)的lambda表達(dá)式，下面介紹下lambda表達(dá)式的捕獲方式。

捕獲方式

有兩種方法從閉包作用域捕獲所有變量，稱為默認(rèn)捕獲：

  • [=] 值捕獲所有變量
  • [&]引用捕獲所有變量
  • 注意：
  • 使用引用方式捕獲變量時，必須確保引用在lambda表達(dá)式執(zhí)行期間是合法的。
  • 當(dāng)使用默認(rèn)捕獲時，通過值(=)或引用(&)，只有那些在lambda 表達(dá)式中真正使用的變量才會被捕獲，未使用的變量不會被捕獲。
  • 不建議使用默認(rèn)捕獲，即使默認(rèn)捕獲只捕獲那些在lambda 表達(dá)式主體中真正使用的變量，通過使用=默認(rèn)捕獲，可能會意外的導(dǎo)致高代價的拷貝，通過使用&默認(rèn)捕獲，可能意外的在閉包作用域中修改變量，建議明確指定想要捕獲哪些變量以及捕獲方式。

再注意：全局變量總是通過引用捕獲，例如在下面的代碼中，默認(rèn)捕獲用于按值捕獲所有內(nèi)容，然而全局變量global其實是通過引用捕獲的，在執(zhí)行l(wèi)ambda 后它的值被更改。

 
 
 
    
  
  
  
  1. int global { 42 }; 
    2.   
  
  
  2. int main() { 
    3.   
  
  
  3.     auto lambda { [=] { global = 2; } }; 
    4.   
  
  
  4.     lambda(); 
    5.   
  
  
  5.     // 這里global是2！ 
    6.   
  
  
  6. } 
    7.

不允許像下面這樣顯式捕獲全局變量，這樣編譯會失?。?/p>

 
 
 
    
  
  
  
  1. auto lambda { [global] { global = 2; } }; // error 
    2.

所以，建議不要使用全局變量。

對于不捕獲任何內(nèi)容的lambda表達(dá)式，編譯器自動提供轉(zhuǎn)換運算符，將lambda 表達(dá)式轉(zhuǎn)換為函數(shù)指針。這樣的lambda表達(dá)式可作為參數(shù)傳遞給其他函數(shù)。

在C++20中關(guān)于lambda表達(dá)式也做了一些更新，可以模板化lambda表達(dá)式，也可以默認(rèn)構(gòu)造、拷貝和賦值lambda表達(dá)式，像下面這樣：

 
 
 
    
  
  
  
  1. auto lambda { [](int a, int b) { return a + b; } }; 
    2.   
  
  
  2. decltype(lambda) lambda2; // 默認(rèn)構(gòu)造 
    3.   
  
  
  3. auto copy { lambda }; // 拷貝構(gòu)造 
    4.   
  
  
  4. copy = lambda2; // 拷貝賦值 
    5.

 

這不是本文的主題，就不過多介紹了。

 


標(biāo)題名稱：編譯器如何實現(xiàn)lambda表達(dá)式？
轉(zhuǎn)載源于：http://www.dlmjj.cn/article/dhgoeog.html