C++11 Lambda 表达式

C++11 Lambda表达式

简介

Lambda表达式是C++11引入的一项重要特性，它允许在代码中定义匿名函数对象（也称为闭包）。Lambda表达式提供了一种简洁的方式来创建临时函数，特别适用于需要传递函数作为参数的场景（如STL算法、回调函数等）。与传统的函数指针和函数对象相比，Lambda更加灵活且语法更简洁。

Lambda表达式的主要特点包括：

• 可以捕获上下文变量
• 支持内联定义
• 自动推导返回类型（或在某些情况下显式指定）
• 可作为参数传递或存储在变量中

基本语法

Lambda表达式的基本语法如下：

[捕获列表](参数列表) -> 返回类型 {
    // 函数体
}

其中：

• 捕获列表：指定哪些外部变量可以在Lambda体内使用，以及如何捕获它们（值捕获或引用捕获）
• 参数列表：与普通函数的参数列表类似
• 返回类型：可以省略（编译器自动推导），但在某些情况下需要显式指定
• 函数体：包含Lambda执行的代码

最简单的Lambda示例

#include <iostream>

int main() {
    // 定义一个简单的Lambda，不捕获任何变量，无参数
    auto greet = []() {
        std::cout << "Hello, Lambda!" << std::endl;
    };
    
    // 调用Lambda
    greet();
    
    return 0;
}

输出：

Hello, Lambda!

捕获列表详解

Lambda表达式可以通过捕获列表访问外部作用域的变量。捕获方式有多种：

捕获方式比较

捕获语法	描述
[ ]	不捕获任何变量
[=]	以值捕获所有变量（隐式值捕获）
[&]	以引用捕获所有变量（隐式引用捕获）
[x]	仅以值捕获x
[&x]	仅以引用捕获x
[=, &x]	默认以值捕获，但x以引用捕获
[&, x]	默认以引用捕获，但x以值捕获

捕获示例

#include <iostream>

int main() {
    int x = 10;
    int y = 20;
    
    // 值捕获x，引用捕获y
    auto lambda = [x, &y]() {
        std::cout << "x (值捕获): " << x << ", y (引用捕获): " << y << std::endl;
        y++;  // 可以修改y，因为它是引用捕获
    };
    
    lambda();
    std::cout << "调用后 y 的值: " << y << std::endl;
    
    return 0;
}

输出：

x (值捕获): 10, y (引用捕获): 20
调用后 y 的值: 21

参数与返回类型

Lambda表达式的参数列表和返回类型与普通函数类似，但有几点特殊之处：

自动返回类型推导

当Lambda体只包含一个return语句时，返回类型可以省略：

auto square = [](int x) { return x * x; };

显式指定返回类型

当Lambda体包含多个return语句或复杂逻辑时，应显式指定返回类型：

auto absolute = [](int x) -> int {
    if (x >= 0)
        return x;
    else
        return -x;
};

实际应用案例

与STL算法结合

Lambda表达式常与STL算法一起使用，使代码更简洁：

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

int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    
    // 使用Lambda作为谓词
    auto is_even = [](int n) { return n % 2 == 0; };
    
    // 统计偶数数量
    int count = std::count_if(numbers.begin(), numbers.end(), is_even);
    std::cout << "偶数数量: " << count << std::endl;
    
    // 就地修改vector
    std::for_each(numbers.begin(), numbers.end(), [](int &n) { n *= 2; });
    
    // 输出结果
    for (int n : numbers) {
        std::cout << n << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    
    return 0;
}

输出：

偶数数量: 2
2 4 6 8 10 

作为回调函数

Lambda非常适合作为回调函数使用：

#include <iostream>
#include <functional>

void process_data(int x, int y, std::function<void(int)> callback) {
    int result = x + y;
    callback(result);
}

int main() {
    process_data(5, 3, [](int result) {
        std::cout << "处理结果: " << result << std::endl;
    });
    
    return 0;
}

输出：

处理结果: 8

高级特性

可变Lambda (mutable)

默认情况下，值捕获的变量在Lambda内是const的。使用mutable关键字可以修改这些副本：

#include <iostream>

int main() {
    int x = 0;
    
    auto counter = [x]() mutable {
        x++;  // 修改捕获的副本
        std::cout << "计数: " << x << std::endl;
        return x;
    };
    
    counter();  // 计数: 1
    counter();  // 计数: 2
    std::cout << "原始x: " << x << std::endl;  // 原始x未被修改
    
    return 0;
}

输出：

计数: 1
计数: 2
原始x: 0

泛型Lambda (C++14)

虽然这是C++14特性，但值得一提。Lambda可以使用auto参数：

auto multiply = [](auto a, auto b) { return a * b; };

性能考虑

Lambda表达式通常会被编译器内联优化，性能与普通函数相当。但需要注意：

• 捕获大量变量或大对象可能影响性能
• 引用捕获需要注意生命周期问题
• 复杂的Lambda可能影响编译器优化

总结

Lambda表达式是C++11引入的强大特性，它：

• 简化了函数对象的创建
• 使代码更简洁易读
• 便于与STL算法配合使用
• 支持灵活的变量捕获方式

掌握Lambda表达式可以显著提高现代C++编程的效率和代码质量。

参见

• C++11新特性
• 函数对象
• STL算法