람다 식
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C++의 람다 식

 

C++11에서 람다 식(종종 람다라고 함)은 호출되었거나 인수로서 함수에 전달된 위치에서 바로 익명 함수 개체를 정의하는 편리한 방법입니다. 일반적으로 람다는 알고리즘이나 비동기 메서드에 전달되는 몇 줄의 코드를 캡슐화하는 데 사용됩니다. 이 문서에서는 람다가 무엇인지 정의하고 다른 프로그래밍 기법과 비교하고 그 장점을 설명하며 기본 예제를 제공합니다.

ISO C++ 표준에서는 std::sort() 함수에 세 번째 인수로 전달되는 간단한 람다를 보여 줍니다.

#include <algorithm>
#include <cmath>

void abssort(float* x, unsigned n) {
    std::sort(x, x + n,
        // Lambda expression begins
        [](float a, float b) {
            return (std::abs(a) < std::abs(b));
        } // end of lambda expression
    );
}

이 그림에서는 람다의 부분을 보여 줍니다.

람다 식의 구조 요소
  1. 캡처 절(C++ 사양에서는 lambda-introducer라고도 함)

  2. 매개 변수 목록 선택 사항입니다. (lambda declarator라고도 함)

  3. mutable specification 선택 사항입니다.

  4. exception-specification 선택 사항입니다.

  5. trailing-return-type 선택 사항입니다.

  6. lambda body)

람다는 새로운 변수를 본문에 도입할 수 있으며(C++14) 바깥쪽 범위의 변수에 액세스하거나 캡처할 수도 있습니다. 람다는 캡처 절(표준 구문에서는 lambda-introducer)로 시작됩니다. 캡처 절은 캡처되는 변수 및 캡처가 값이나 참조 중 어느 것을 기준으로 하는지를 지정합니다. 앰퍼샌드(&) 접두사가 있는 변수는 참조로 액세스되며 이 접두사가 없는 변수는 값으로 액세스됩니다.

빈 캡처 절인 [ ]는 람다 식의 본문이 바깥쪽 범위의 변수에 액세스하지 않음을 나타냅니다.

기본 캡처 모드(표준 구문에서는 capture-default)를 사용하여 람다에서 참조되는 외부 변수를 캡처하는 방법을 나타낼 수 있습니다. [&]는 참조하는 모든 변수가 참조를 기준으로 캡처된다는 것을 의미하고 [=]는 값을 기준으로 캡처된다는 것을 의미합니다. 기본 캡처 모드를 사용하고 특정 변수에 대해서는 반대 모드를 지정할 수 있습니다. 예를 들어, 람다 본문이 외부 변수 total에 참조별로 액세스하고 외부 변수 factor에 값별로 액세스하는 경우 다음 캡처 절이 동일합니다.


[&total, factor]
[factor, &total]
[&, factor]
[factor, &]
[=, &total]
[&total, =]

capture-default를 사용할 때는 람다에 언급된 변수만 캡처됩니다.

캡처 절에 capture-default&가 포함된 경우 해당 캡처 절의 identifier에서 capture& identifier 형태가 될 수 없습니다. 마찬가지로, 캡처 절에 capture-default=가 포함된 경우 해당 캡처 절의 capture= identifier 형태가 될 수 없습니다. 식별자 또는 this는 캡처 절에 두 번 이상 나타날 수 없습니다. 다음 코드 조각은 몇 가지 사례를 보여 줍니다.

struct S { void f(int i); };

void S::f(int i) {
    [&, i]{};    // OK
    [&, &i]{};   // ERROR: i preceded by & when & is the default
    [=, this]{}; // ERROR: this when = is the default
    [i, i]{};    // ERROR: i repeated
}

다음의 capturevariadic 템플릿 예제에서와 같이, 줄임표 앞에 오는 는 팩 확장입니다.

template<class... Args>
void f(Args... args) {
    auto x = [args...] { return g(args...); };
    x();
}

본문이나 클래스 메서드에 람다 식을 사용하려면 캡처 절에 this 포인터를 전달하여 바깥쪽 클래스의 메서드 및 데이터 멤버에 대한 액세스 권한을 제공합니다. 클래스 메서드와 함께 람다 식을 사용하는 방법을 보여 주는 예제는 람다 식의 예의 "예제: 메서드에 람다 식 사용"을 참조하세요.

캡처 절을 사용하는 경우 특히 람다를 다중 스레딩과 함께 사용할 때는 다음과 같은 사항에 유의해야 합니다.

  • 참조 캡처는 외부 변수를 수정하는 데 사용할 수 있지만 값 캡처는 사용할 수 없습니다 (mutable을 통해 복사본은 수정되지만 원본은 수정되지 않습니다.)

  • 참조 캡처는 외부 변수에 대한 업데이트를 반영하지만 값 캡처는 반영하지 않습니다.

  • 참조 캡처는 수명 종속성을 발생시키지만 값 캡처에는 수명 종속성이 없습니다. 이는 람다가 비동기적으로 실행되는 경우에 특히 중요합니다. 비동기 람다에서 참조를 기준으로 로컬을 캡처하는 경우 이 로컬은 람다가 실행될 때는 사라졌을 가능성이 매우 높으며, 결과적으로 런타임에 액세스 위반이 발생할 수 있습니다.

일반화된 캡처(C++ 14)

C++14에서는 해당 변수가 반드시 람다 함수의 바깥쪽 범위에 존재하지 않아도 캡처 절에 새 변수를 도입하고 초기화할 수 있습니다. 이러한 초기화는 임의의 식으로 표현할 수 있습니다. 새 변수의 형식은 식에서 생성되는 형식에서 추론됩니다. 이 기능의 이점 중 하나는, C++14에서 주변 범위에서 이동 전용 변수(예: std::unique_ptr)를 캡처하여 이를 람다에서 사용할 수 있다는 점입니다.

pNums = make_unique<vector<int>>(nums);
//...
      auto a = [ptr = move(pNums)]()
        {
           // use ptr
        };

변수를 캡처하는 것 외에도, 람다는 입력 매개 변수를 사용할 수 있습니다. 매개 변수 목록(표준 구문의 lambda declarator)은 선택 사항이며 대부분의 측면에서 함수의 매개 변수 목록과 유사합니다.

int y = [] (int first, int second)
{
    return first + second;
};

C++ 14에서 매개 변수 형식이 제네릭인 경우 형식 지정자로 auto 키워드를 사용할 수 있습니다. 이렇게 하면 함수 호출 연산자를 템플릿으로 만들도록 컴파일러에 지시합니다. 매개 변수 목록에 있는 각 auto 인스턴스는 고유한 형식 매개 변수와 같습니다.

auto y = [] (auto first, auto second)
{
    return first + second;
};

람다 식은 다른 람다 식을 인수로 사용할 수 있습니다. 자세한 내용은 람다 식의 예 항목의 "고차 람다 식"을 참조하세요.

매개 변수 목록은 선택 사항이므로 람다 식에 인수를 전달하지 않고 lambda-declarator:exception-specification, trailing-return-type 또는 mutable이 포함되지 않는 경우 빈 괄호를 생략할 수 있습니다.

일반적으로 람다 함수 호출 연산자는 값 단위 상수이지만 mutable 키워드를 사용할 경우 이를 취소합니다. 변경 가능 데이터 멤버가 생성되지 않습니다. 변경 가능한 사양을 사용하면 람다 식의 본문이 값별로 캡처되는 변수를 수정할 수 있습니다. 이 문서의 뒷부분에 나오는 몇 가지 예제는 mutable 키워드 사용 방법에 대해 설명합니다.

람다 식이 어떠한 예외도 throw하지 않음을 나타내기 위해 throw() 예외 사양을 사용할 수 있습니다. 여기에서 볼 수 있는 것과 같이, 일반 함수와 마찬가지로 람다 식이 C4297 예외 사양을 선언하고 람다 본문이 예외를 throw하는 경우 Visual C++ 컴파일러는 throw() 경고를 생성합니다.

// throw_lambda_expression.cpp
// compile with: /W4 /EHsc 
int main() // C4297 expected
{
   []() throw() { throw 5; }();
}

자세한 내용은 예외 사양(throw)(C++)을 참조하세요.

람다 식의 반환 형식은 자동으로 추론됩니다. trailing-return-type을 지정하지 않는 한 auto 키워드를 사용할 필요가 없습니다. trailing-return-type은 일반 메서드 또는 함수의 반환 형식 부분과 유사합니다. 그러나 반환 형식은 매개 변수 목록 뒤에 와야 하며 반환 형식 앞에 trailing-return-type 키워드 ->를 포함해야 합니다.

람다 본문에 return 문이 하나만 포함되거나 식이 값을 반환하지 않으면 람다 식의 반환 형식 부분을 생략할 수 있습니다. 람다 본문에 단일 return 문이 포함되어 있으면 컴파일러는 반환 식의 형식에서 반환 형식을 추론합니다. 그렇지 않으면 컴파일러는 반환 형식이 void인 것으로 추론합니다. 이 원칙을 설명하는 다음 예제 코드 조각을 참조하세요.

auto x1 = [](int i){ return i; }; // OK: return type is int
auto x2 = []{ return{ 1, 2 }; };  // ERROR: return type is void, deducing 
                                  // return type from braced-init-list is not valid

람다 식은 다른 람다 식을 반환 값으로 생성할 수 있습니다. 자세한 내용은 람다 식의 예의 "고차 람다 식"을 참조하세요.

람다 식의 람다 본문(표준 구문의 compound-statement)에는 일반 메서드 또는 함수 본문에 포함할 수 있는 모든 항목을 포함할 수 있습니다. 일반 함수와 람다 식 모두의 본문은 다음과 같은 종류의 변수에 액세스할 수 있습니다.

  • 앞의 설명대로 바깥쪽 범위에서 캡처된 변수

  • 매개 변수

  • 로컬로 선언된 변수

  • 클래스 데이터 멤버(클래스 내부에서 선언되고 this가 캡처된 경우)

  • 정적 저장 기간이 있는 모든 변수(예: 전역 변수)

다음 예제에는 n 변수를 값별로 명시적으로 캡처하고 m 변수를 참조별로 암시적으로 캡처하는 람다 식이 포함되어 있습니다.

// captures_lambda_expression.cpp
// compile with: /W4 /EHsc 
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
   int m = 0;
   int n = 0;
   [&, n] (int a) mutable { m = ++n + a; }(4);
   cout << m << endl << n << endl;
}

출력:

              5
0

n 변수는 값별로 캡처되므로 람다 식을 호출한 후 해당 값이 0으로 유지됩니다. mutable 사양을 사용하면 람다 내부에서 n을 수정할 수 있습니다.

람다 식은 자동 저장 기간이 있는 변수만 캡처할 수 있지만 람다 식의 본문에서는 정적 저장 기간이 있는 변수를 사용할 수 있습니다. 다음 예제는 generate 함수 및 람다 식을 사용하여 vector 개체의 각 요소에 값을 할당합니다. 람다 식은 정적 변수를 수정하여 다음 요소의 값을 생성합니다.

void fillVector(vector<int>& v)
{
    // A local static variable.
    static int nextValue = 1;

    // The lambda expression that appears in the following call to
    // the generate function modifies and uses the local static 
    // variable nextValue.
    generate(v.begin(), v.end(), [] { return nextValue++; }); 
    //WARNING: this is not thread-safe and is shown for illustration only
}

자세한 내용은 생성를 참조하세요.

다음 코드 예제는 이전 예제의 함수를 사용하고 STL 알고리즘 generate_n을 사용하는 람다 식의 예제를 추가합니다. 이 람다 식은 vector 개체의 요소를 이전의 두 요소의 합에 할당합니다. 람다 식의 본문이 외부 변수 mutablex(람다 식이 값별로 캡처함)의 복사본을 수정할 수 있도록 y 키워드가 사용됩니다. 람다 식이 원래 변수 xy를 값별로 캡처하기 때문에 람다가 실행된 후에도 값이 1로 유지됩니다.

// compile with: /W4 /EHsc
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

using namespace std;

template <typename C> void print(const string& s, const C& c) {
    cout << s;

    for (const auto& e : c) {
        cout << e << " ";
    }

    cout << endl;
}

void fillVector(vector<int>& v)
{
    // A local static variable.
    static int nextValue = 1;

    // The lambda expression that appears in the following call to
    // the generate function modifies and uses the local static 
    // variable nextValue.
    generate(v.begin(), v.end(), [] { return nextValue++; });
    //WARNING: this is not thread-safe and is shown for illustration only
}

int main()
{
    // The number of elements in the vector.
    const int elementCount = 9;

    // Create a vector object with each element set to 1.
    vector<int> v(elementCount, 1);

    // These variables hold the previous two elements of the vector.
    int x = 1;
    int y = 1;

    // Sets each element in the vector to the sum of the 
    // previous two elements.
    generate_n(v.begin() + 2,
        elementCount - 2,
        [=]() mutable throw() -> int { // lambda is the 3rd parameter
        // Generate current value.
        int n = x + y;
        // Update previous two values.
        x = y;
        y = n;
        return n;
    });
    print("vector v after call to generate_n() with lambda: ", v);

    // Print the local variables x and y.
    // The values of x and y hold their initial values because 
    // they are captured by value.
    cout << "x: " << x << " y: " << y << endl;

    // Fill the vector with a sequence of numbers
    fillVector(v);
    print("vector v after 1st call to fillVector(): ", v);
    // Fill the vector with the next sequence of numbers
    fillVector(v);
    print("vector v after 2nd call to fillVector(): ", v);
}

출력:

              vector v after call to generate_n() with lambda: 1 1 2 3 5 8 13 21 34
x: 1 y: 1
vector v after 1st call to fillVector(): 1 2 3 4 5 6 7 8 9
vector v after 2nd call to fillVector(): 10 11 12 13 14 15 16 17 18

자세한 내용은 generate_n을 참조하세요.

람다는 ref class, ref struct, value class 또는 value struct 등의 공용 언어 런타임(CLR)의 관리되는 엔터티에서 지원되지 않습니다.

__declspec 등의 Microsoft 전용 한정자를 사용할 경우 다음 예와 같이 람다 식에서 parameter-declaration-clause 직후에 삽입할 수 있습니다.

auto Sqr = [](int t) __declspec(code_seg("PagedMem")) -> int { return t*t; };

람다에서의 한정자 지원 여부를 확인하려면 설명서의 Microsoft 전용 한정자 섹션에서 해당 문서를 참조하세요.

Visual Studio에서는 C++11 표준 람다 식 구문 및 기능이 지원되지만 다음과 같은 예외 사항이 있습니다.

  • 람다는 다른 모든 클래스와 마찬가지로 이동 생성자 및 이동 할당 연산자를 자동으로 생성하지 않습니다. rvalue 참조 동작 지원에 대한 자세한 내용은 C++11/14/17 기능에 대한 지원(최신 C++)의 "Rvalue 참조" 섹션을 참조하세요.

  • 선택 항목인 attribute-specifier-seq가 이 버전에서 지원되지 않습니다.

Visual Studio에는 C++11 표준 람다 기능 이외에 다음과 같은 기능이 있습니다.

  • 상태 비저장 람다를 통해 임의의 호출 규칙을 사용하는 함수 포인터로의 모든 변환이 가능합니다.

  • 모든 return 문의 형식이 같은 한 { return expression; }보다 복잡한 람다 본문에 대해 반환 형식이 자동으로 추론됩니다. 이 기능은 제안된 C++14 표준에 포함되어 있습니다.

표시:
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