Python、C++ lambda 表達式

lambda函數簡介

匿名函數lambda：是指一類無需定義標識符（函數名）的函數或子程序。所謂匿名函數，通俗地說就是沒有名字的函數，lambda函數沒有名字，是一種簡單的、在同一行中定義函數的方法。

lambda函數一般功能簡單：單行expression決定了lambda函數不可能完成復雜的邏輯，只能完成非常簡單的功能。由于其實現的功能一目了然，甚至不需要專門的名字來說明。

lambda 函數可以接收任意多個參數 (包括可選參數) 并且返回單個表達式的值。

lambda表達式只允許包含一個表達式，不能包含復雜語句，該表達式的運算結果就是函數的返回值。

python中的lambda函數

語法

在 python 中，lambda函數實際上會返回一個 lambda 對象，基本語法如下：

lambda arg1, arg2, ... : Expr

其中 arg1、arg2 作為函數的輸入，即參數列表，Expr 表達式的值作為函數的輸出，即返回值。

例：

lambda x, y: x*y

上面的 lambda 表達式接受兩個參數，并返回他們的乘積。相當于以下正常定義的函數：

def test_lambda(x, y):return x*y

可以看到，對于這種一句話就能表達清楚的函數，使用 lambda 表達式的形式明顯要簡潔很多。

值得注意的是，雖然 lambda 表達式被稱為匿名函數，并且我們通常也不需要它對它命名，但它其實是可以有一個名字的。

def func(x, y, z):return x - y + zfunc_lambda = lambda x, y, z: x - y + zprint(func(5, 2, 1))
print(func_lambda(5, 2, 1))

這段代碼中的 func、func_lambda 函數的使用是完全相同的，上面輸出都為 4。

應用

由于 lambda 語法是固定的，其本質上只有一種用法，那就是定義一個 lambda 函數。在實際中，根據這個 lambda 函數應用場景的不同，可以將 lambda 函數的用法擴展為以下幾種：

將lambda函數賦值給一個變量，通過這個變量間接調用該lambda函數

這就是我們上面說的給 lambda 表達式命名的做法。例如，執行語句 add = lambda x, y: x+y，定義了加法函數 add，這樣就可以直接調用加法函數：執行 add(1,2)，輸出為3。
將 lambda 函數賦值給其他函數，從而將其他函數用該 lambda 函數替換

例如，為了把標準庫 time 中的函數 sleep 的功能屏蔽(Mock)，我們可以在程序初始化時調用：time.sleep = lambda x:None。這樣，在后續代碼中調用 time 庫的 sleep 函數將不會執行原有的功能。例如，執行time.sleep(3) 時，程序不會休眠3秒鐘，而是什么都不做。
將lambda函數作為參數傳遞給其他函數

函數的返回值也可以是函數。例如 return lambda x, y: x+y 返回一個加法函數。這時，lambda 函數實際上是定義在某個函數內部的函數，稱之為嵌套函數，或者內部函數。對應的，將包含嵌套函數的函數稱之為外部函數。內部函數能夠訪問外部函數的局部變量，這個特性是閉包(Closure)編程的基礎，在這里我們不展開。

關于 python 中常用的需要接收函數作為參數的內置函數，我們在下一小節介紹。

python 中常用的將函數作為參數的內置函數

部分Python內置函數接受函數作為參數,典型的此類內置函數有這些：

filter函數 此時lambda函數用于指定過濾列表元素的條件。

例如 filter(lambda x: x % 3 == 0, [1, 2, 3]) 指定將列表 [1,2,3] 中能夠被3整除的元素過濾出來，其結果是 [3]。

注意到filter()函數返回的是一個Iterator，也就是一個惰性序列，所以要強迫filter()完成計算結果，需要用list()函數獲得所有結果并返回list。
sorted函數 此時 lambda 函數用于指定對列表中所有元素進行排序的準則。

例如 sorted([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9], key=lambda x: abs(5-x)) 將列表 [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] 按照元素與5距離從小到大進行排序，其結果是 [5, 4, 6, 3, 7, 2, 8, 1, 9] 。
map函數 此時lambda函數用于指定對列表中每一個元素的共同操作。

例如 map(lambda x: x+1, [1, 2,3]) 將列表 [1, 2, 3] 中的元素分別加1，其結果[2, 3, 4]。

注意 map 函數的返回值也是 Iterator 對象。
reduce函數 此時 lambda 函數用于指定列表中兩兩相鄰元素的結合條件。

例如 reduce(lambda a, b: '{}, {}'.format(a, b), [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]) 將列表 [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] 中的元素從左往右兩兩以逗號分隔的字符的形式依次結合起來，其結果是 ‘1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9’。
另外，部分Python庫函數也接收函數作為參數，例如 gevent 的 spawn 函數。此時，lambda函數也能夠作為參數傳入。

對于 python 中的這些高階函數的詳細解釋，推薦查看廖雪峰的博客。

C++中的lambda表達式

C++11的一大亮點就是引入了 lambda 表達式。利用 lambda 表達式，可以方便的定義和創建匿名函數。

語法

[capture list] (params list) mutable exception -> return type { function body }

各項含義如下：

capture list：捕獲外部變量列表
params list：形參列表
mutable指示符：用來說用是否可以修改捕獲的變量
exception：異常設定
return type：返回類型
function body：函數體

此外，我們還可以省略其中的某些成分來聲明“不完整”的Lambda表達式，常見的有以下幾種：

	格式
1	[capture list] (params list) -> return type {function body}
2	[capture list] (params list) {function body}
3	[capture list] {function body}

其中：

格式1聲明了const類型的表達式，這種類型的表達式不能修改捕獲列表中的值。
格式2省略了返回值類型，但編譯器可以根據以下規則推斷出Lambda表達式的返回類型：（1）：如果function body中存在return語句，則該Lambda表達式的返回類型由return語句的返回類型確定；（2）：如果function body中沒有return語句，則返回值為void類型。
格式3中省略了參數列表，類似普通函數中的無參函數。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;bool cmp(int a, int b){return  a < b;
}int main(){vector<int> myvec{ 3, 2, 5, 7, 3, 2 };vector<int> lbvec(myvec);sort(myvec.begin(), myvec.end(), cmp); // 舊式做法cout << "predicate function:" << endl;for (int it : myvec)cout << it << ' ';cout << endl;sort(lbvec.begin(), lbvec.end(), [](int a, int b) -> bool { return a < b; });   // Lambda表達式cout << "lambda expression:" << endl;for (int it : lbvec)cout << it << ' ';cout << endl;
}

在C++11之前，我們使用STL的sort函數，需要提供一個謂詞函數。如果使用C++11的Lambda表達式，我們只需要傳入一個匿名函數即可，方便簡潔，而且代碼的可讀性也比舊式的做法好多了。

下面，我們就簡單介紹一下 lambda 表達式各項的具體用法。

各項的具體用法

捕獲外部變量

lambda 表達式可以使用其可見范圍內的外部變量，但必須明確聲明（明確聲明哪些外部變量可以被該Lambda表達式使用）。那么，在哪里指定這些外部變量呢？lambda 表達式通過在最前面的方括號 [] 來明確指明其內部可以訪問的外部變量，這一過程也稱過 lambda 表達式“捕獲”了外部變量。

我們通過一個例子來直觀地說明一下：

#include <iostream>
using namespace std;int main(){int a = 123;auto f = [a] { cout << a << endl; }; f(); // 輸出：123//或通過“函數體”后面的‘()’傳入參數auto x = [](int a){cout << a << endl;}(123); 
}

上面這個例子先聲明了一個整型變量a，然后再創建Lambda表達式，該表達式“捕獲”了a變量，這樣在Lambda表達式函數體中就可以獲得該變量的值。

類似參數傳遞方式（值傳遞、引入傳遞、指針傳遞），在Lambda表達式中，外部變量的捕獲方式也有值捕獲、引用捕獲、隱式捕獲。對于這三種捕獲方式，本文就不具體介紹了，可參考博客：C++11 Lambda表達式。

總之，C++11 中 lambda 表達式捕獲外部變量主要有以下形式：

捕獲形式	說明
[]	不捕獲任何外部變量
[變量名, …]	默認以值得形式捕獲指定的多個外部變量（用逗號分隔），如果引用捕獲，需要顯示聲明（使用&說明符）
[this]	以值的形式捕獲this指針
[=]	以值的形式捕獲所有外部變量
[&]	以引用形式捕獲所有外部變量
[=, &x]	變量x以引用形式捕獲，其余變量以傳值形式捕獲
[&, x]	變量x以值的形式捕獲，其余變量以引用形式捕獲

修改捕獲的外部變量

前面我們提到過，在 lambda 表達式中，如果以傳值方式捕獲外部變量，則函數體中不能修改該外部變量，否則會引發編譯錯誤。那么有沒有辦法可以修改值捕獲的外部變量呢？這是就需要使用 mutable 關鍵字，該關鍵字用以說明表達式體內的代碼可以修改值捕獲的變量，示例：

int main(){int a = 123;auto f = [a]()mutable { cout << ++a; }; // 不會報錯cout << a << endl; // 輸出：123f(); // 輸出：124
}

lambda 表達式的參數

lambda 表達式的參數和普通函數的參數類似，那么這里為什么還要拿出來說一下呢？原因是在 lambda 表達式中傳遞參數還有一些限制，主要有以下幾點：

參數列表中不能有默認參數
不支持可變參數
所有參數必須有參數名

常用舉例：

int main(){int m = [](int x) { return [](int y) { return y * 2; }(x)+6; }(5);std::cout << "m:" << m << std::endl;            　　//輸出m:16std::cout << "n:" << [](int x, int y) { return x + y; }(5, 4) << std::endl;            //輸出n:9auto gFunc = [](int x) -> function<int(int)> { return [=](int y) { return x + y; }; };auto lFunc = gFunc(4);std::cout << lFunc(5) << std::endl;auto hFunc = [](const function<int(int)>& f, int z) { return f(z) + 1; };auto a = hFunc(gFunc(7), 8);int a = 111, b = 222;auto func = [=, &b]()mutable { a = 22; b = 333; std::cout << "a:" << a << " b:" << b << std::endl; };func();std::cout << "a:" << a << " b:" << b << std::endl;a = 333;auto func2 = [=, &a] { a = 444; std::cout << "a:" << a << " b:" << b << std::endl; };func2();auto func3 = [](int x) ->function<int(int)> { return [=](int y) { return x + y; }; };std::function<void(int x)> f_display_42 = [](int x) { print_num(x); };f_display_42(44);}