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C++拾遗--lambda表达式原理

前言
lambda表达式是在C++11新标准中提出的。在lambda表达式中，我们集中梳理了一下它的使用。现在来讨论下它的实现原理。

正文
1.函数对象
类的对象跟括号结合，表现出函数一般的行为，这个对象可以称作是函数对象。

#include <iostream>
using namespace std;
class MyClass
{
　　public:
　　//重载函数调用运算符()
　　int operator()(int i)
　　{
　　　　return i;
　　}
};
int main()
{
　　MyClass my;
　　//my()的调用行为似同函数
　　int i = my(1); //本质是调用 my.operator()(1)
　　cout << "i = " << i << endl;
　　cin.get();
　　return 0;
}
运行

这个示例说明函数对象的本质是重载了函数调用运算符。当一个类重载了函数调用运算符()后，它的对象就成了函数对象。这是理解lambda表达式内部实现的基础。

2.lambda表达式原理
原理：编译器会把一个lambda表达式生成一个匿名类的匿名对象，并在类中重载函数调用运算符。

我们从最简单的lambda表达式入手，从易到难

2.1 无捕获列表和参数列表
auto print = []{cout << "zhangxiang" << endl; };
编译器会把这一句翻译成如下情形：
//用给定的lambda表达式生成相应的类
class print_class
{
　　public:
　　void operator()(void) const
　　{　　
　　　　cout << "zhangxiang" << endl;
　　}
};
//用构造的类创建对象，print此时就是一个函数对象
auto print = print_class();
生成类的类名命名规则可以多变，不一定非得这样。

2.2 无捕获列表但有参数列表
auto add = [](int a, int b){return a + b; };
编译器会把这一句翻译成如下情形：
class add_class
{
　　public:
　　auto operator()(int a, int b) const
　　{
　　　　return a + b;
　　}
};
auto add = add_class();

2.3 有捕获列表，参数列表可选
由于捕获方式分为两种：引用捕获、值捕获，故此种情况下，又可细分。

2.3.1 值捕获
int year = 19900212;
char *name = "zhangxiang";
//采用值捕获，捕获所有的已定义的局部变量，如year，name
auto print = [=](){
cout << year << ends << name << endl;
};
翻译
int year = 19900212;
char *name = "zhangxiang";
class print_class
{
　　public:
　　//根据捕获列表来决定构造函数的参数列表形式
　　print_class(int year, char *name) :year(year), name(name)
　　{

　　}
　　void operator()(void) const
　　{
　　　　cout << year << ends << name << endl;
　　}
　　private:
　　int year;
　　char *name;
};
auto print = print_class(a, str);
运行效果是一样的，就不演示了。

2.3.2 引用捕获
int year = 19900212;
char *name = "zhangxiang";
auto print = [&](){
　　year++;
　　cout << year << ends << name << endl;
};
翻译
int year = 19900212;
char *name = "zhangxiang";
class print_class
{
　　public:
　　//由于是引用捕获，参数列表采用引用的方式
　　print_class(int &year, char *&name) :year(year), name(name)
　　{

　　}
　　void operator()(void) const
　　{
　　　　year++; //编译通过，const对引用类型无效
　　　　cout << year << ends << name << endl;
　　}
　　private:
　　　　int &year;
　　　　char *&name;
};
经过测试，效果也是一样的。

2.3.3 混合捕获
int year = 19900212;
int shoes = 42;
char *name = "zhangxiang";
auto show = [&, shoes]()mutable{
　　shoes++;
　　year++;
　　cout << year << ends << shoes << ends << name << endl;
};
翻译
int year = 19900212;
int shoes = 42;
char *name = "zhangxiang";
class show_class
{
　　private:
　　int &year;
　　mutable int shoes;
　　char *&name;
　　public:
　　show_class(int &year, int shoes, char *&name) :year(year), shoes(shoes), name(name)
　　{

　　}
　　void operator()(void)const
　　{
　　　　shoes++;
　　　　year++;
　　　　cout << year << ends << shoes << ends << name << endl;
　　}
};
auto show = show_class(year, shoes, name);
show();

默认情况下，经过值捕获的变量是不可以被修改的，除非在参数列表后加关键字mutable。以上代码展示了，对应类中mutable是如何加的。当然还有另一种实现方法，只要lambda表达式加了mutable，重载函数调用运算符时就不加const修饰。

总结
以上这些示例代码基本上把各种情形的lambda表达式的实现原理都展现出来了，仔细想想还是挺容易的。
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