C++Lambda

C++ Lambda

C++ 的 Lambda 表达式（lambda expression）是一种轻量级函数对象，可以在需要函数对象的地方（如算法或回调）快速定义匿名函数。它在 C++11 中引入，后续版本也有增强（如 C++14、C++17、C++20）。

[capture](parameters) -> return_type {
    function_body;
};

各部分说明：

部分	说明
capture	捕获列表
parameters	参数列表，类似函数参数
-> return_type	返回类型（可省略）
{}	函数体

示例：

auto add = [](int a, int b) -> int {
    return a + b;
};
std::cout << add(3, 4);  // 输出 7

如果返回类型可以推导，可省略 -> int，甚至连 auto 都能省略（如直接用在 std::sort() 里）。

捕获列表

Lambda 表达式可以捕获周围作用域的变量。主要有以下几种方式：

捕获方式	含义
[=]	捕获外部所有变量（按值）
[&]	捕获外部所有变量（按引用）
[a]	捕获变量 a（按值）
[&a]	捕获变量 a（按引用）
[=, &a]	捕获 a 用引用，其余按值
[this]	捕获当前对象指针（用于类的成员函数中）
[=, this]	同时捕获 this 和其他值

示例：

#include <iostream>

int main() {
    int x = 10;
    int y = 20;

    // 按值捕获，lambda 内部修改不会影响外部变量
    auto f1 = [=]() mutable { x += 5; y += 5; return x + y; };

    // 按引用捕获，lambda 内部修改会影响外部变量
    auto f2 = [&]() { x += 5; y += 5; return x + y; };

    std::cout << "f1: " << f1() << "\n"; // 输出 40
    std::cout << "外部 x, y after f1: " << x << ", " << y << "\n"; // 输出 10, 20

    std::cout << "f2: " << f2() << "\n"; // 输出 40
    std::cout << "外部 x, y after f2: " << x << ", " << y << "\n"; // 输出 15, 25
}

• [=] 按值捕获

  • x 和 y 在 lambda 内部被拷贝了一份。

  • lambda 修改拷贝不会影响外部变量。

  • 需要 mutable 才能修改 lambda 内部的拷贝。

• [&] 按引用捕获

  • x 和 y 被引用捕获，lambda 内部修改会直接作用于外部变量。

应用场景

简化函数对象 / 回调

• 替代传统的 struct 或函数对象，减少冗长代码。
• 常用于 STL 算法、GUI 回调、事件处理。

#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iostream>

std::vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5};
std::for_each(v.begin(), v.end(), [](int x){ std::cout << x << " "; });

按值或按引用捕获变量

• 按值 [=]：在 lambda 内部读取外部变量，不修改原变量；适合异步任务。
• 按引用 [&]：允许 lambda 修改外部变量；适合累加器或状态更新。

int sum = 0;
std::vector<int> nums{1,2,3};
std::for_each(nums.begin(), nums.end(), [&](int x){ sum += x; });

延迟执行 / 异步任务

• 将逻辑封装为 lambda，传递给线程、计时器或异步库执行。

#include <thread>
int x = 5;
std::thread t([=]{ std::cout << x * 2; });
t.join();

临时函数 / 局部封装

• 用于局部逻辑封装，避免全局函数污染。
• 可与模板、泛型算法结合，写出高内聚、简洁代码。

auto is_even = [](int n){ return n % 2 == 0; };
std::cout << is_even(4); // 输出 1 (true)

组合与高阶函数

• Lambda 可以捕获状态并返回另一个 lambda，实现函数式风格，如柯里化、闭包。

auto add = [](int a){ return [a](int b){ return a + b; }; };
std::cout << add(2)(3); // 输出 5

发展历程

C++11：首次引入 Lambda

auto f = [](int x, int y) { return x + y; };
std::cout << f(2, 3); // 输出 5

• 可以定义匿名函数（无需单独命名）。
• 可以捕获外部变量（按值 [=] 或按引用 [&]）。
• 可作为函数对象使用，直接传给 STL 算法或回调。

C++14：Lambda 改进

• 泛型 lambda（auto 参数）

auto f = [](auto x, auto y) { return x + y; };

• decltype(auto) 返回类型推导增强
• 捕获初始化（capture with initializer）

int x = 10;
auto f = [y = x + 5]() { return y * 2; };

• 允许在捕获列表中定义新的变量并初始化，解决了 C++11 中捕获复杂表达式的限制。

C++17：小幅改进

• 支持 结构化绑定捕获（解包绑定变量）

auto tup = std::make_tuple(1, 2);
auto f = [a, b = std::get<1>(tup)]() { return a + b; };

• 允许 constexpr lambda：在编译期求值。

C++20：进一步增强

• 模板 lambda（改进泛型 lambda，使其更像模板函数）

auto f = []<typename T>(T x, T y){ return x + y; };

• constexpr lambda 功能增强，更强大的编译期计算能力。
• 捕获 this 时更灵活。

Lambda 是什么类型

C++ 中的 Lambda 表达式本质上是一个编译器自动生成的“匿名类”的实例，它重载了 operator() 运算符，因此可以像函数一样被调用。

一个匿名类（anonymous class）就是没有名字的类。没写 class MyLambda { ... };，但编译器自动生成了一个。例如这段 Lambda 表达式：

auto f = [](int a, int b) { return a + b; };
std::cout << f(2, 3);  // 输出 5

它看起来像是一个函数，其实是编译器在背后生成了一个类似这样的类：

class __Lambda {
public:
    int operator()(int a, int b) const {
        return a + b;
    }
};
__Lambda f;