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C++进阶（6）——lambda表达式

news 2025/10/5 10:49:27

基本概念

lambda表达式的语法

捕捉列表

lambda表达式的具体应用

lambda表达式的实现原理

基本概念

我们的lambda表达式本质上就是一个匿名函数对象，和我们的普通函数不同的是他是可以定义在函数的内部的，其实不光光我们的C++支持了lambda表达式，我们的很多的高级语言（Java, Python, C#）都是支持的，而且这一语法是使用频率比较高的语法之一，它可以提高我们的代码可读性，下面我们就来看看吧。

lambda表达式的语法

[capture-list] (parameters)-> return type {function body
}

相关说明：

[capture-list]：捕捉列表，这个列表出现在我们的lambda函数的开始位置，编译器根据[ ]来判断接下来的代码是不是lambda函数，捕捉列表能够捕捉我们上下文中的变量以供lambda函数使用，捕捉列表可以传值或是传引用捕捉，即使列表为空也是不可以省略的（重点）。

(parameters)：参数列表，和我们的普通参数列表的功能相类似，如果不要传递参数，就可以同我们的( )一起省略掉。

->return type：返回值类型，用来追踪返回类型形式声明函数的返回值类型，没有返回值的时候这个部分可以省略掉，一般的返回值类型明确的情况下，也是可以省略的，可以由编译器对返回值类型进行自我推导。

{function body}：函数体，函数体的实现和我们的普通函数完全类似，除了可以使用其参数外，我们还可以使用我们上面捕获到的变量，函数体不可以省略。

根据我们上面的介绍，我们可以写出我们最简单的lambda表达式了，虽然这个代码什么也没干：

#include <functional>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {[]{};return 0;
}

接下来我们就可以简单地使用一下我们的lambda表达式了：

示例代码：

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {auto add = [](int x, int y)->int {return x + y;};cout << add(1, 2) << endl;auto func = [] {cout << "hello world!" << endl;};func();int a = 1, b = 2;auto swap = [](int& x, int& y) {int temp = x;x = y;y = temp;};swap(a, b);cout << a << ":" << b << endl;return 0;
}

测试效果如图：

捕捉列表

我们的lambda表达式默认只是泗洪lambda函数体和参数中的变量，想使用我们的外层变量就要进行捕捉操作了。我们这里有常见的三种捕捉方式：

第一种方式：

在捕捉列表中显示的传值或是传引用捕捉，多个变量就用逗号分隔。

[x, y, &z]：x和y是值捕捉，z是引用捕捉。

第二种方式：

我们在捕捉列表中可以显示那就可以隐式捕捉，有两种：

[=]：捕捉值

[&]：捕捉引用

这样我们的lambda表达式用了什么变量，编译器就会自动捕捉那些变量了。

第三种方式：

我们还可以将上面的两种方式混合起来。

[=, &x]：表示的是其他变量使用隐式值捕捉，但是x引用捕捉。

[&, x, y]：表示的是其他变量使用隐式引用捕捉，但是我们的x和y使用值捕捉。

这里要注意的是，我们的第一个元素必须是&或是=，是&的时候后面就必须是值捕捉，是=的时候后面就必须是引用捕捉。

敲黑板：

1、lambda表达式如果是在函数的局部域中，它可以捕捉lambda位置之前定义的变量，不能捕捉静态局部变量和全局变量，静态局部变量和全局变量本身也不需要捕捉，lambda表达式中可以直接使用，这也就意味着lambda表达式如果是定义在全局的位置，那么我们的捕捉列表就必须要是空的。

2、默认情况下，我们这里的lambda捕捉列表是被const修饰的，也就是说我们传值捕捉来的对象是不可以被修改的，我们可以使用mutable加在参数列表的后面来取消其常量性，也就是说我们这个时候的传值捕捉对象就是可以修改的了，但是修改的还是形参对象，并不会影响实参。使用这个修饰符后，参数列表就不可以省略了（即使参数为空）。

代码示例：

#include <iostream>
using namespace std;
int x = 0;
// 这里是全局，没有什么可以捕捉的变量
auto func1 = []() {x++;
};
int main() {int a = 0, b = 1, c = 2, d = 3;auto func2 = [a, &b] {// 值的捕捉不可以修改，但是引用捕捉的变量是可以修改的// a++; // 报错b++;int ret = a + b;return ret;};cout << func2() << endl; cout << b << endl;cout << "*********************" << endl;// 隐式值捕捉auto func3 = [=] {int ret = a + b + c;return ret;};cout << func3() << endl;cout << "*********************" << endl;// 隐式引用捕捉cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;auto func4 = [&] {a++;c++;d++;};func4();cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;cout << "*********************" << endl;// 混合捕捉1cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;auto func5 = [&, a, b] {// a++; // 报错// b++; // 报错c++;d++;};cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;cout << "*********************" << endl;// 混合捕捉2cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;auto func6 = [=, &a, &b] {a++;b++;// c++; // 报错// d++; // 报错};func6();cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;cout << "*********************" << endl;// 局部静态变量和全局变量不能捕捉，也不需要捕捉static int y = 2;auto func7 = [] {int ret = x + y;return ret;};cout << func7() << endl;cout << "*********************" << endl;// 传值捕捉是拷贝默认是被const修饰的// 使用mutable可以消去const属性，但是我们的改变并不会影响外面的值cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;auto func8 = [=]()mutable {a++;b++;c++;d++;return a + b + c + d;};cout << func8() << endl;cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;cout << "*********************" << endl;return 0;
}

测试效果如图：

lambda表达式的具体应用

我们在学习使用lambda表达式之前，我们使用的可调用对象就是函数指针和仿函数对象了，这两种方式都比较的麻烦，于是我们的就可以使用lambda表达式，不仅方便还具有很高的代码可读性。

我们在实现一些比较器的时候，使用lambda表达式就会比较方便，我们这里还是来举个栗子：

代码如下：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;
struct Goods {string _name; // 商品名double _price; // 商品价格int _evaluate; // 商品评价// 构造函数Goods(const char* name, double price, int evaluate):_name(name),_price(price),_evaluate(evaluate){}
};struct ComparePriceLess {bool operator()(const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._price < g2._price;}
};struct ComparePriceGreater {bool operator()(const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._price > g2._price;}
};int main() {vector<Goods> v = {{"苹果", 1.2, 5}, {"香蕉", 3.3, 3}, {"橘子", 2.3, 4}, {"栗子", 1.1, 5}};// 使用我们的仿函数// 按价格升序sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());// 按价格降序sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());// 使用我们的lambda表达式// 按价格升序sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._price < g2._price;});// 按价格降序sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._price > g2._price;});// 实现评价从低到高sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._evaluate < g2._evaluate;});// 实现评价从高到低sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._evaluate > g2._evaluate;});return 0;
}

lambda表达式的实现原理

其实聪明的友友可能已经猜到了lambda表达式的实现原理，它的实现原理其实和我们之间讲C++11中的for一样，编译之后从汇编的角度看，就没有什么范围for，范围for的底层就是调用迭代器，我们的lambda也是一样的，底层其实就是生成了对应的仿函数的类。

重点说明一下：

我们这里的底层仿函数是编译的时候按照一定的规则自动生成的，保证了不同的lambda表达式的类名是不一样的，lambda的参数/返回值类型/函数体其实就是我们的仿函数operator()的参数/返回值类型/函数体，lambda表达式的捕捉列表的本质就是生成仿函数的成员变量，也就是说我们的捕捉列表的变量都是lambda类构造函数的实参，隐式捕捉就要看传入了什么变量了。

我们这里还是来写个代码通过反汇编来验证一下：

代码示例：

#include <iostream>
using namespace std;
class Rate {
public:Rate(double rate) : _rate(rate) {}double operator()(double money, int year) {return money * _rate * year;}
private:double _rate;
};int main() {double rate = 0.21;// 使用lambda表达式auto r1 = [rate](double money, int year) {return money * rate * year;};r1(10000, 3);// 使用函数对象Rate r2(rate);r2(10000, 3);return 0;
}

我们将这个代码转到反汇编来看：

我们通过下面这个图可以看到，我们一开始调用了Rate类的构造函数，然后我们在使用对象r2的时候调用了Rate类的()运算符重载函数。

同样的，如果我们将lambda表达式的代码也转到反汇编，我们可以看到这里的反汇编和上面的是很类似的，首先是调用了<lambda_uuid>类的构造函数，然后在使用对象r1的时候，就会调用<lambda_uuid>类的( )运算符重载函数。

我们这里为了严谨，将我们的可以验证一下我们不同的lambda表达式的类型名是不是一样的：

示例代码：

#include <iostream>
using namespace std;
class Rate {public:Rate(double rate) : _rate(rate) {}double operator()(double money, int year) {return money * _rate * year;}private:double _rate;
};int main() {double rate = 0.12;auto r1 = [rate](double money, int year) {return money * rate * year; };auto r2 = [rate](double money, int year) {return money * rate * year; };cout << typeid(r1).name() << endl;cout << typeid(r2).name() << endl;return 0;
}

测试效果：