VC10中的C++0x特性 Part 1 (1) : Lambdas，auto，以及 static_assert
来源：vcblog 翻译：飘飘白云 kesalin@gmail.com
Microsoft Visual Studio 2010 九月社区技术预览版 (CTP)所带的Visual C++编译器对四个C++0x语言特性提供了支持，也就是 lambdas，auto，static_assert，以及 rvalue references （右值引用，译注：后面不再对这个词进行翻译）。今天，我将详细介绍前三个特性。（很快我将贡献一整篇幅的文章来解释右值引用，仅仅是因为再在这里解释的话将会加大这篇已经很长的文章的篇幅）
首先，说明一些事情：
1，今天的这篇文章是由 Stephan T. Lavavej，Visual C++库的开发人员以及C, A, 与 T读者投书栏带给你们的。注意作为库的开发人员，我并没有实现这些特性。那是 Jonathan Caves，前端编译器开发者，选举标准委员会成员以及所有“忍者”（鲜为人知的高手）的成果。
2，我将 Visual C++ compiler in VS 2010 简称为 VC10 （ VS 2008 包含 VC9，VS 2005 包含 VC8，等等。 - 10 并不比 2010 简短）
3，C++0x 指的是即将到来的 C++ 标准，现在还在起草中。（C++标准委员会希望它可以在 2009 年完成，称作 C++ 09；玩笑话说如果它推迟到 2010 或者更晚的话，“x” 将是十六进制的了）。 C++ 98 和C++ 03 指的是当前的 C++ 标准。（在这里不回顾历史了， C++ 标准 2003 仅仅是最初的 C++ 1998 标准 的“补丁”版，对大部分人来说可以忽略两者间的区别。C++ 03 和 C++ 0x 模样虽然看起来差不多，但完全不同）
4，我要感谢标准委员会开发出这些奇妙而有用并富有艺术的特性。他们也在以下站点上提供了重要的文档：
C++0x 语言特性:
http://open-std.org/JTC1/SC22/WG21/docs/papers/2008/n2705.html
C++0x 库特性:
http://open-std.org/JTC1/SC22/WG21/docs/papers/2008/n2706.html
C++0x 进行中的草案:
http://open-std.org/JTC1/SC22/WG21/docs/papers/2008/n2798.pdf
5，总是会有bug的（虽然希望不会太多），这也就是发布 CTP 版本的主要目的（让用户测试发现 bug ）。请通过 Microfsoft 把这些 bug 报告给我们。
现在，让我们来审视这些特性吧！
lambdas
在 C++ 0x 中，“lambda 表达式”隐式定义并构建不具名函数对象，这些对象就像手写函数对象一样。下面是 lambda “Hello，World”入门级的示例：
C:Temp>type meow.cpp
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <ostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main() {
vector<int> v;
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
v.push_back(i);
}
for_each(v.begin(), v.end(), [](int n) { cout << n << " "; });
cout << endl;
}
C:Temp>cl /EHsc /nologo /W4 meow.cpp > NUL && meow
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
[] 操作符是 lambda 导引符， 它告诉编译器一个 lambda 表达式开始了。 (int n) 是 lambda 参数声明，它告诉编译器不具名函数对象类的函数调用操作符带有哪些参数， { cout << n << " "; } 是复合声明，它是不具名函数对象类的函数调用操作符的函数体。不具名函数对象类的函数调用操作符默认返回 void。
这样，C++0x 在内部将它转换成如你在C++ 98 下编写的一样代码：
C:Temp>type meow98.cpp
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <ostream>
#include <vector>
using namespace std;
struct LambdaFunctor {
void operator()(int n) const {
cout << n << " ";
}
};
int main() {
vector<int> v;
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
v.push_back(i);
}
for_each(v.begin(), v.end(), LambdaFunctor());
cout << endl;
}
C:Temp>cl /EHsc /nologo /W4 meow98.cpp > NUL && meow98
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
现在我将不再累述类似“不具名函数对象类的函数调用操作符默认返回 void”这样的话，开始换用“lambda 函数返回 void”的说法，但是记住 lambda 表达式做了些什么是很重要的，那就是：定义类并构建对象。
当然，lambda 的复合声明部分（函数体部分）可以包含多个声明语句，譬如：
C:Temp>type multimeow.cpp
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <ostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main() {
vector<int> v;
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
v.push_back(i);
}
for_each(v.begin(), v.end(), [](int n) {
cout << n;
if (n % 2 == 0) {
cout << " even ";
} else {
cout << " odd ";
}
});
cout << endl;
}
C:Temp>cl /EHsc /nologo /W4 multimeow.cpp > NUL && multimeow
0 even 1 odd 2 even 3 odd 4 even 5 odd 6 even 7 odd 8 even 9 odd
lambda 函数也并不总是必须返回 void。如果 lambda 的复合声明语句像是这样的 { return expression; } ，那么 lambda 的返回类型就会自动地被推断成 expression 的类型。
C:Temp>type cubicmeow.cpp
#include <algorithm>
#include <deque>
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <ostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main() {
vector<int> v;
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
v.push_back(i);
}
deque<int> d;
transform(v.begin(), v.end(), front_inserter(d), [](int n) { return n * n * n; });
for_each(d.begin(), d.end(), [](int n) { cout << n << " "; });
cout << endl;
}
C:Temp>cl /EHsc /nologo /W4 cubicmeow.cpp > NUL && cubicmeow
729 512 343 216 125 64 27 8 1 0
在这里, n * n * n 的类型是 int，所以 lambda 函数返回 int。
有着复杂复合声明语句的 lambda 函数不会自动推断返回类型，你必须显式指定返回类型。
C:Temp>type returnmeow.cpp
#include <algorithm>
#include <deque>
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <ostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main() {
vector<int> v;
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
v.push_back(i);
}
deque<double> d;
transform(v.begin(), v.end(), front_inserter(d), [](int n) -> double {
if (n % 2 == 0) {
return n * n * n;
} else {
return n / 2.0;
}
});
for_each(d.begin(), d.end(), [](double x) { cout << x << " "; });
cout << endl;
}
C:Temp>cl /EHsc /nologo /W4 returnmeow.cpp > NUL && returnmeow
4.5 512 3.5 216 2.5 64 1.5 8 0.5 0
-> double 是可选的 lambda 返回类型从句。为什么它不放在左边（译注：返回类型一般在函数左边声明），就像程序员一直以来在C函数中做的那样？因为那样的话 lambda 导引符 [] 就不会第一个出现了，而正是它告诉编译器一个 lambda 函数开始了。（核心工作组最擅长解决这样的问题；尝试猜测C++ 中一个给定的概念是否是可被解析的会让我头疼。）
如果忘记了指定 lambda返回类型从句，编译器就会抱怨每一个返回语句：
C:Temp>cl /EHsc /nologo /W4 borkedreturnmeow.cpp
borkedreturnmeow.cpp
borkedreturnmeow.cpp(20) : error C3499: a lambda that has been specified to have a void return type cannot return a value
borkedreturnmeow.cpp(22) : error C3499: a lambda that has been specified to have a void return type cannot return a value
到目前为止我所介绍的 lambda 都是无状态的：它们不包含数据成员。你也可以有有状态的 lambda，这是通过“传递”（原文用加引号的 capturing 这个词，在这里我翻译成传递似乎不太妥，故我都加括号引用原文，下同）局部变量来实现的。空的 lambda 导引符 [] 意味着“一个无状态的 lambda”，但在 lambda 导引符 [] 中你可以指定 capture-list ：
C:Temp>type capturekittybyvalue.cpp
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <ostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main() {
vector<int> v;
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
v.push_back(i);
}
int x = 0;
int y = 0;
// op>>() leaves newlines on the input stream,
// which can be extremely confusing. I recommend
// avoiding it, and instead using non-member
// getline(cin, str) to read whole lines and
// then parse them. But in the interests of
// brevity, I'll use evil op>>():
cout << "Input: ";
cin >> x >> y;
v.erase(remove_if(v.begin(), v.end(), [x, y](int n) { return x < n && n < y; }), v.end());
for_each(v.begin(), v.end(), [](int n) { cout << n << " "; });
cout << endl;
}
C:Temp>cl /EHsc /nologo /W4 capturekittybyvalue.cpp > NUL && capturekittybyvalue
Input: 4 7
0 1 2 3 4 7 8 9
如果你忘记了capture-list，编译器就会抱怨：
C:Temp>cl /EHsc /nologo /W4 borkedcapturekittybyvalue.cpp
borkedcapturekittybyvalue.cpp
borkedcapturekittybyvalue.cpp(27) : error C3493: 'x' cannot be implicitly captured as no default capture mode has been specified
borkedcapturekittybyvalue.cpp(27) : error C3493: 'y' cannot be implicitly captured as no default capture mode has been specified
（我很快就会解释默认的传递（capture））
记着，lambda 表达式隐式地定义了一个不具名函数对象类。复合声明语句 { return x < n && n < y; } 在这个类中被当作函数调用操作符的函数体。虽然从词法结构上看复合声明语句是在 main() 块之内，但在概念上它是在 main() 块之外的，因此如果不传递（capture）到 lambda 中去，就不能在其中使用来自main() 中的局部变量。
上面的代码在内部被翻译成：
C:Temp>type capturekittybyvalue98.cpp
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <ostream>
#include <vector>
using namespace std;
class LambdaFunctor {
public:
LambdaFunctor(int a, int b) : m_a(a), m_b(b) { }
bool operator()(int n) const { return m_a < n && n < m_b; }
private:
int m_a;
int m_b;
};
int main() {
vector<int> v;
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
v.push_back(i);
}
int x = 0;
int y = 0;
cout << "Input: ";
cin >> x >> y; // EVIL!
v.erase(remove_if(v.begin(), v.end(), LambdaFunctor(x, y)), v.end());
copy(v.begin(), v.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
cout << endl;
}
C:Temp>cl /EHsc /nologo /W4 capturekittybyvalue98.cpp > NUL && capturekittybyvalue98
Input: 4 7
0 1 2 3 4 7 8 9
在这里你可以清楚地看到是“按值”传递（captures）的。函数对象存储了局部变量的拷贝。这就使得函数对象可以比通过传递（capture）来创建它们的局部变量有更长的生命期。但是，要注意：（a）在 lambda 中不能修改通过传递（capture）获得的拷贝，因为默认情况下函数调用操作符是 const 属性的，（b）一些对象的拷贝开销是昂贵的，（c）局部变量的更新不会反应到通过传递（capture）获得的拷贝（在语义上它们是原始值）。很快我就会解释如有需要应该如何来处理以上情况。
但是首先，你可以“按值传递（capture）任何东西”，而不用特别指明每一个你想要传递(capture)的局部变量。其语法是使用这种形式的 lambda 导引符 [=] （默认传递（capture-default） = 应该可以让你想起赋值或者拷贝初始化 Foo foo = bar; 虽然这里的拷贝实际上是直接初始化（通过初始化列表进行赋值），就像上面的 m_a(a)）。
C:Temp>type defaultcapturekittybyvalue.cpp
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <ostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main() {
vector<int> v;
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
v.push_back(i);
}
int x = 0;
int y = 0;
cout << "Input: ";
cin >> x >> y; // EVIL!
v.erase(remove_if(v.begin(), v.end(), [=](int n) { return x < n && n < y; }), v.end());
for_each(v.begin(), v.end(), [](int n) { cout << n << " "; });
cout << endl;
}
C:Temp>cl /EHsc /nologo /W4 defaultcapturekittybyvalue.cpp > NUL && defaultcapturekittybyvalue
Input: 4 7
0 1 2 3 4 7 8 9
当编译器看到 lambda 中的 x 和 y， 就会从 main() 中按值传递（capture）。
【本文翻译仅为外语学习及阅读目的，原文作者个人观点与译者及译言网无关】
标签：C++0x,
1楼 Maximilian.μ 评论于 2009-05-29 17:23:54
2楼 飘飘白云 评论于 2009-05-29 20:16:00
3楼 Maximilian.μ 评论于 2009-05-29 20:47:14
