[C++ 筆記] Lambda

一個簡單的 Lamdba 運算式：

[] (int x, int y) -> bool {
    return x < y;
}

• 以中括號開頭，中括號被稱為lamdba 導入器（lamdba introducer）
• 小括號裡面是lamdba 參數列表（lambda parameter list）
• 如果沒有參數，小括號可以省略，[] () {...} 可以簡寫成 [] {...}
• 箭號（->）後面是回傳的型別，如果沒寫就由 return 自動推斷

將 Lamdba 運算式指定給變數：

auto comapre = [] (int x, int y) -> bool {
    return x < y;
};

Lamdba的擷取子句

以中括號開頭的 lamdba 導入器 可以將外部的變數傳給 Lamdba 運算式，正式名稱是「擷取子句（capture clause）」。
[=] 表示它們會以值擷取（captured by value）。Scope內的變數可以在 lamdba 內使用，但是不可以改變。
[&] 表示它們會以參考擷取（captured by reference）。Scope內的變數可以在 lamdba 內使用，可以改變。

以值擷取（captured by value）

假設有一段程式如下：

void testLambda() {
    float notUsed = 1.0f;
    std::vector<int32_t> numlist{10, 20, 30, 50, 60};
    auto findInRange = [=](int32_t start, int32_t end) {
        for (auto num : numlist) {
            if (num >= start && num <= end) return true;
        }
        return false;
    };

    std::cout << "Result: " << findInRange(25, 35) << "\n";
}

用[=]可以用來擷取 lamdba scope 範圍所及的變數，沒有在 Lamdba 運算式裡面被用到的變數就不會被擷取，例如 float notUsed = 1.0f;。
另一個重點是：被擷取的變數是不可以更改的。例如，不能在 lambda 裡面這樣寫：

auto findInRange = [=](int32_t start, int32_t end) {
    numlist.push_back(5); // ERROR!
    
    for (auto num : numlist) {
        if (num >= start && num <= end) return true;
    }
    return false;
};

如果一定要在 lambda 內改變擷取的變數，那必須指名 lambda 為 mutable：

auto findInRange = [=](int32_t start, int32_t end) mutable { // <-- assign mutable
    numlist.push_back(5);
    
    for (auto num : numlist) {
        if (num >= start && num <= end) return true;
    }
    return false;
};

根據書上解釋 ，可以裡解為 compiler 會將 lamdba 編為一個 class，像是：

class __Lambda8C1A5 {
public:
    __Lambda8C1A5(const std::vector<int32_t>& arg1) : numlist(arg1) {}
    auto operator()(int32_t start, int32_t end) const {  // const!
        for (auto num : numlist) {
            if (num >= start && num <= end) return true;
        }
        return false;
    }

private:
    std::vector<int32_t> numlist;
};

這也解釋了 lamdba 的擷取範圍與原理。而 mutable 則是讓 operator() 不為 const，如下：

auto findInRange = [=](int32_t start, int32_t end) mutable { // <-- assign mutable
    numlist.push_back(5);
    
    for (auto num : numlist) {
        if (num >= start && num <= end) return true;
    }
    return false;
};

...

class __Lambda8C1A5 {
public:
    __Lambda8C1A5(const std::vector<int32_t>& arg1) : numlist(arg1) {}
    auto operator()(int32_t start, int32_t end) {  // No const here
        for (auto num : numlist) {
            if (num >= start && num <= end) return true;
        }
        return false;
    }

private:
    std::vector<int32_t> numlist;
};

以值擷取特定的變數

若只需要擷取特定的變數，那就直接在 lamdba 導入器（就是[]）寫入變數名稱，例如：

int var1 = 10;
int var2 = 20;
int var3 = 30;

auto afunc = [var1, var2] () {
    ...
};

以參考擷取（captured by reference）

[&] 會擷取 scope 內的所有外部變數，而且可以修改：

void testLambda() {
    float notUsed = 1.0f;
    std::vector<int32_t> numlist{ 10, 20, 30, 50, 60 };
    auto findInRange = [&](int32_t start, int32_t end) {    // Use & here
        numlist.push_back(100); // OK

        for (auto num : numlist) {
            if (num >= start && num <= end) return true;
        }
        return false;
    };

    std::cout << "Result: " << findInRange(25, 35) << "\n";
    std::cout << "numlist: ";
    for (auto n : numlist) {
        std::cout << n << " ";
    }
    std::cout << "\n"; // Output numlist: 10 20 30 50 60 100
}

以參考擷取特定的變數

但是直接參考全部的外部變數不是好的作法，這讓你有機會做出一些意外的修改，所以請擷取有需要的變數就好：

void testLambda() {
    float notUsed = 1.0f;
    std::vector<int32_t> numlist{ 10, 20, 30, 50, 60 };
    
    auto findInRange = [&numlist](int32_t start, int32_t end) {
        numlist.push_back(100); // OK

        for (auto num : numlist) {
            if (num >= start && num <= end) return true;
        }
        return false;
    };

    ...
}

如果有多個變數需要擷取，那就用 , 分開：

auto findInRange = [&numlist, &var1, &var2](int32_t start, int32_t end) {
    ...
};

混合擷取

以值擷取跟參考擷取也可以寫在一起：

auto findInRange = [=, &numlist](int32_t start, int32_t end) {
    ...
};

上面的例子中，numlist 會是參考擷取，其他的外部變數則是以值擷取。

或是：

auto findInRange = [&, numlist](int32_t start, int32_t end) {
    ...
};

上面的例子中，numlist 會以值擷取，其他的外部變數則是參考擷取。

但是，如果已經使用了 = ，就不可以再以值擷取其他變數，像是 [=, numlist] 就是不合法的。
反之，如果已經使用了 &，就不可以再參考擷取其他變數，像是 [&, &var1] 就是不合法的。

存取 class

Lamdba 寫在 class 裡面的時候，不論「以值擷取 」或是「以參考擷取」都沒辦法傳遞成員變數（member variable），只能傳遞 this，透過 this 來存取成員變數。例：

class BigBuffer {
public:
    void modify(int x, int y, ...) {
        auto modifyBuffer = [this] () {  // Use this
            if (buffer) {  // equal to this->buffer
                // do something with buffer
            }
        };
        ...
    }

private:
    uint32_t bufferSize = 0;
    std::unique_ptr<uint8_t[]> buffer = nullptr;
};