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【从零学C++11(下)】lambda表达式、线程库、原子操作库等新特性

作者:互联网

C++11


10. lambda表达式【★】

例如在C++98中,如果想要对一个数据集合中的元素进行排序,可以使用std::sort方法,具体如下:

#include <algorithm>
#include <functional>
int main(){
	int array[] = {4,1,8,5,3,7,0,9,2,6};
	
	// 默认按照小于比较,排出来结果是升序
	std::sort(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));
	for (auto& e : array) {
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	
	// 如果需要降序,需要改变元素的比较规则
	std::sort(array, array + sizeof(array)/sizeof(array[0]),greater<int>());
	for (auto& e : array) {
		cout << e << " ";
	}
	
	return 0;
}

输出结果

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

如果待排序元素为自定义类型,需要用户定义排序时的比较规则:

struct Goods{
	string _name;
	double _price;
};

struct Compare{		//仿函数	
	bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr){
		return gl._price <= gr._price;
	}
};

int main(){
	Goods gds[] = { { "苹果", 2.1 }, { "香蕉", 3 }, { "橙子", 2.2 }, {"菠萝", 1.5} };
	sort(gds, gds+sizeof(gds) / sizeof(gds[0]), Compare());
	for (auto& e : gds) {
		cout << e._name << ':' << e._price << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

输出结果
在这里插入图片描述
随着C++语法的发展,人们开始觉得上面的写法太复杂了,每次为了实现一个algorithm算法, 都要重新去写一个类 / 仿函数,如果每次比较的逻辑不一样,还要去实现多个类,特别是相同类的命名,这些都给编程者带来了极大的不便。因此,在C++11语法中出现了Lambda表达式:

int main(){
	Goods gds[] = { { "苹果", 2.1 }, { "相交", 3 }, { "橙子", 2.2 }, {"菠萝", 1.5} };
	
	sort(gds, gds + sizeof(gds) / sizeof(gds[0]), [](const Goods& l, const Goods& r){
		return l._price < r._price;
		}
	);
	return 0;
}

上述代码就是使用C++11中的lambda表达式来解决,可以看出lambda表达式实际是一个匿名函数

语法

格式

[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement }
  1. [capture-list] : 捕捉列表
    该列表总是出现在lambda函数的开始位置,编译器根据[]来判断接下来的代码是否为lambda函数,捕捉列表能够捕捉上下文中的变量供lambda函数使用。
  2. (parameters)参数列表
    与普通函数的参数列表一致,如果不需要参数传递,则可以连同()一起省略。
  3. mutable:默认情况下,lambda函数总是一个const函数,mutable可以取消其常量性。使用该修饰符时,参数列表不可省略(即使参数为空)。
  4. ->return-type返回值类型
    用追踪返回类型形式声明函数的返回值类型,没有返回值时此部分可省略。返回值类型明确情况下,也可省略,由编译器对返回类型进行推导。
  5. {statement}函数体
    在该函数体内,除了可以使用其参数外,还可以使用所有捕获到的变量。

注意: 在lambda函数定义中,参数列表和返回值类型都是可选部分,而捕捉列表和函数体可以为空。

int main(){
	// 最简单的lambda表达式, 该lambda表达式没有任何意义
	[]{};
	
	// 省略参数列表和返回值类型,返回值类型由编译器推导为int
	int a = 3, b = 4;
	[=]{return a + 3; };
	
	// 省略了返回值类型,无返回值类型
	auto fun1 = [&](int c){b = a + c; };		//匿名函数在此体现
	fun1(10);
	cout << a << " " << b << endl;
	
	// 各部分都很完善的lambda函数
	auto fun2 = [=, &b](int c)->int{ return b += a + c; };
	cout << fun2(10) << endl;
	
	// 复制捕捉x
	int x = 10;
	auto add_x = [x](int a) mutable { x *= 2; return a + x; };
	cout << add_x(10) << endl;
	return 0;
}

输出结果

3 13
26
30

通过上述代码可以看出,lambda表达式实际上可以理解为无名函数,该函数无法直接调用,如果想要直接调用,可借助auto将其赋值给一个变量。

捕获列表

捕捉列表描述了上下文中那些数据可以被lambda使用,以及使用的方式传值还是传引用。

【注】:

  1. 父作用域指包含lambda函数的语句块
  2. 语法上捕捉列表可由多个捕捉项组成,并以逗号分割。
    比如:[=, &a, &b]:以引用传递的方式捕捉变量ab,值传递方式捕捉其他所有变量
    [&,a, this]:值传递方式捕捉变量athis,引用方式捕捉其他变量
  3. 捕捉列表不允许变量重复传递,否则就会导致编译错误。
    比如:[=, a]=已经以值传递方式捕捉了所有变量,捕捉a重复
  4. 在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空
  5. 在块作用域中的lambda函数仅能捕捉父作用域中局部变量,捕捉任何非此作用域或者非局部变量都会导致编译报错。
  6. lambda表达式之间不能相互赋值,即使看起来类型相同。
void (*PF)();

int main(){
	auto f1 = []{cout << "hello world" << endl; };
	auto f2 = []{cout << "hello world" << endl; };
	
	f1 = f2; 	// 编译失败--->提示找不到operator=()
	
	// 允许使用一个lambda表达式拷贝构造一个新的副本
	auto f3(f2);
	f3();
	
	// 可以将lambda表达式赋值给相同类型的函数指针
	PF = f2;
	PF();
	return 0;
}

函数对象与lambda表达式对比

class Rate{
public:
	Rate(double rate) 
	 : _rate(rate)
	{}
	double operator()(double money, int year){
		return money * _rate * year;
	}
private:
	double _rate;
};

int main(){
	// 函数对象
	double rate = 0.49;
	Rate r1(rate);
	r1(10000, 2);
	
	// lambda
	auto r2 = [=](double monty, int year)->double {return monty * rate*year; };
	r2(10000, 2);
	return 0;
}

从使用方式上来看,函数对象lambda表达式完全一样。

函数对象将rate作为其成员变量,在定义对象时给出初始值即可,lambda表达式通过捕获列表可以直接将该变量捕获到。


11. 线程库【★】

C++11中很重要的特性之一就是对线程进行支持了,使得C++在并行编程时不需要依赖第三方库,而且在原子操作中还引入了原子类的概念。要使用标准库中的线程,必须包含< thread >头文件,该头文件声明了std::thread 线程类。

官方文档:【http://www.cplusplus.com/reference/thread/thread/?kw=thread

演示:

#include <iostream>
#include <thread>

using namespace std;

void fun(){
	cout << "A new thread!" << endl;
}
int main(){
	thread t(fun);
	t.join();
	cout << "Main thread!" << endl;
	return 0;
}

线程的启动

C++线程库通过构造一个线程对象来启动一个线程,该线程对象中就包含了线程运行时的上下文环境,比如:线程函数、线程栈、线程起始状态等以及线程ID等,所有操作全部封装在一起,最后在底层统一传递给_beginthreadex()创建线程函数来实现

【注】:_beginthreadexwindows中创建线程的底层c函数)。

std::thread()创建一个新的线程可以接受任意的可调用对象类型(带参数或者不带参数),包括lambda表达式(带变量捕获或者不带),函数,函数对象,以及函数指针。

// 使用lambda表达式作为线程函数创建线程
int main(){
	int n1 = 500;
	int n2 = 600;
	thread t([&](int addNum){
		n1 += addNum;
		n2 += addNum;
	}, 500);
	
	t.join();
	std::cout << n1 << ' ' << n2 << std::endl;
	return 0;
}

线程的结束

启动了一个线程后,当这个线程结束的时候,如何去回收线程所使用的资源呢?thread库给我们两种选择:

  1. 加入式join()
  1. 分离式detach()

【注】:必须在thread对象销毁之前做出选择,这是因为线程可能在你加入或分离线程之前,就已经结束了,之后如果再去分离它,线程可能会在thread对象销毁之后继续运行下去。

原子性操作库(atomic)

多线程最主要的问题是共享数据带来的问题(即线程安全)。如果共享数据都是只读的,那么没问题,因为只读操作不会影响到数据,更不会涉及对数据的修改,所以所有线程都会获得同样的数据。
但是,当一个或多个线程要修改共享数据时,就会产生很多潜在的麻烦~ 如:

#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;

unsigned long sum = 0L;
void fun(size_t num){
	for (size_t i = 0; i < num; ++i)
		sum++;
}
int main(){
	cout << "Before joining,sum = " << sum << std::endl;
	thread t1(fun, 10000000);
	thread t2(fun, 10000000);
	t1.join();
	t2.join();
	cout << "After joining,sum = " << sum << std::endl;
	return 0;
}

输出sum11940842,出现错误!!!因为线程不安全!

C++98中传统的解决方式:可以对共享修改的数据可以加锁保护

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
using namespace std;

std::mutex m;
unsigned long sum = 0L;
void fun(size_t num){
	for (size_t i = 0; i < num; ++i){
		m.lock();		//加锁
		sum++;
		m.unlock();		//解锁
	}
}
int main(){
	cout << "Before joining,sum = " << sum << std::endl;
	thread t1(fun, 10000000);
	thread t2(fun, 10000000);
	t1.join();
	t2.join();
	cout << "After joining,sum = " << sum << std::endl;
	return 0;
}

输出sum20000000

虽然加锁可以解决,但是加锁有一个缺陷就是:

需要使用以上原子操作变量时,必须添加头文件<atomic>

#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>
using namespace std;

atomic_long sum{ 0 };
void fun(size_t num){
	for (size_t i = 0; i < num; ++i)
		sum++; // 原子操作
}
int main(){
	cout << "Before joining, sum = " << sum << std::endl;
	thread t1(fun, 1000000);
	thread t2(fun, 1000000);
	t1.join();
	t2.join();

	cout << "After joining, sum = " << sum << std::endl;
	return 0;
}

输出sum20000000


感谢您阅读至此,C++11专题就全部讲解完了,相信您已对C++11标准有了较为全面的了解和认识,新特性的出现表示着语言艺术的迭代,感谢挖井人的不懈领航,希望互联网行业可以生生不息,蓬勃发展~

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标签:11,函数,零学,int,C++,线程,表达式,lambda
来源: https://blog.csdn.net/qq_42351880/article/details/100144882