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c14 lambda表达式

news 2025/10/12 12:04:27

在 C++ 中，lambda 表达式（匿名函数）是一种便捷的函数定义方式，允许在需要函数的地方直接编写代码块，无需单独定义函数或函数对象。它是 C++11 引入的重要特性，广泛用于简化代码（尤其是配合 STL 算法）。

一、lambda 表达式的基本语法

lambda 表达式的基本格式如下：

[capture-list](parameter-list) mutable noexcept -> return-type {// 函数体
}

各部分含义：

capture-list（捕获列表）：指定外部变量如何被 lambda 内部访问（如按值捕获、按引用捕获）。
parameter-list（参数列表）：与普通函数的参数列表相同（可省略，若为空可连同()一起省略）。
mutable：可选，允许在 lambda 内部修改按值捕获的变量（默认不可修改）。
noexcept：可选，指定 lambda 不会抛出异常。
-> return-type（返回类型）：可选，若函数体只有return语句或无返回值，可省略（编译器自动推导）。
函数体：lambda 要执行的代码。

二、最简单的 lambda 示例

最简化的 lambda 可以没有参数、捕获列表和返回类型：

#include <iostream>int main() {// 无参数、无捕获的lambdaauto hello = [] {std::cout << "Hello, Lambda!" << std::endl;};hello(); // 调用lambda，输出：Hello, Lambda!return 0;
}

三、核心组成部分详解

1. 捕获列表（`capture-list`）：访问外部变量

lambda 可以通过捕获列表访问定义它的作用域中的变量，主要有以下几种捕获方式：

捕获方式	含义	示例
`[]`	不捕获任何外部变量	-
`[var]`	按值捕获`var`（复制一份，内部不可修改，除非用`mutable`）	`[x] { return x * 2; }`
`[&var]`	按引用捕获`var`（可修改原变量）	`[&x] { x++; }`
`[=]`	按值捕获所有用到的外部变量	`[=] { return x + y; }`
`[&]`	按引用捕获所有用到的外部变量	`[&] { x++; y++; }`
`[=, &var]`	除`var`按引用捕获外，其余按值捕获	`[=, &x] { x++; return y; }`
`[&, var]`	除`var`按值捕获外，其余按引用捕获	`[&, x] { y++; return x; }`

示例：

#include <iostream>int main() {int a = 10, b = 20;// 按值捕获a，按引用捕获bauto func = [a, &b] {// a = 30; // 错误：按值捕获的变量默认不可修改b = 30;   // 正确：按引用捕获的变量可修改return a + b;};std::cout << func() << std::endl; // 输出：10 + 30 = 40std::cout << "b = " << b << std::endl; // 输出：30（原变量被修改）return 0;
}

若要修改按值捕获的变量，需加mutable：

auto func = [a]() mutable {a = 30; // 允许修改（仅修改副本，不影响原变量）return a;
};

2. 参数列表与返回类型

lambda 的参数列表与普通函数一致，支持类型推导（C++14 起）、默认参数等：

// 带参数和返回类型的lambda
auto add = [](int x, int y) -> int {return x + y;
};
std::cout << add(2, 3) << std::endl; // 输出5// C++14起支持参数类型自动推导（auto）
auto multiply = [](auto x, auto y) {return x * y;
};
std::cout << multiply(2.5, 4) << std::endl; // 输出10.0

四、lambda 的典型应用场景

1. 作为 STL 算法的回调函数

lambda 最常用的场景是配合 STL 算法（如sort、for_each），简化代码：

#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> nums = {3, 1, 4, 1, 5};// 用lambda作为排序的比较函数（降序）std::sort(nums.begin(), nums.end(), [](int a, int b) {return a > b; // 从大到小排序});// 用lambda遍历容器std::for_each(nums.begin(), nums.end(), [](int num) {std::cout << num << " "; // 输出：5 4 3 1 1});return 0;
}

2. 简化函数对象（仿函数）

在需要临时函数对象的场景（如线程、异步操作），lambda 比自定义仿函数更简洁：

#include <thread>
#include <iostream>int main() {int count = 0;// 用lambda创建线程（捕获count的引用）std::thread t([&count]() {for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {count++;}});t.join();std::cout << "count = " << count << std::endl; // 输出：1000000return 0;
}

3. 捕获上下文的临时逻辑

lambda 可以捕获当前作用域的变量，实现依赖上下文的临时逻辑：

#include <iostream>
#include <functional>// 返回一个依赖于参数x的lambda
std::function<int(int)> makeAdder(int x) {return [x](int y) { // 捕获xreturn x + y;};
}int main() {auto add5 = makeAdder(5);auto add10 = makeAdder(10);std::cout << add5(3) << std::endl;  // 输出：8std::cout << add10(3) << std::endl; // 输出：13return 0;
}

五、lambda 的本质

lambda 表达式在编译时会被转换为匿名的函数对象（ functor，一种重载了operator()的类），捕获的变量会成为该类的成员变量。因此，lambda 的大小取决于捕获变量的大小（无捕获的 lambda 大小为 1，类似空类）。

例如，以下 lambda：

int x = 10;
auto func = [x](int y) { return x + y; };

编译器会生成类似这样的类：

class LambdaFunc {
private:int x; // 捕获的变量
public:LambdaFunc(int x_) : x(x_) {} // 构造函数初始化捕获的变量int operator()(int y) const { // 重载()运算符return x + y;}
};
auto func = LambdaFunc(x);

六、注意事项

捕获列表的生命周期：按引用捕获的变量必须在 lambda 调用时仍有效，否则会导致悬空引用（如捕获局部变量后，在变量销毁后调用 lambda）。
mutable的影响：仅允许修改按值捕获的副本，不影响原变量。
与std::function结合：lambda 可赋值给std::function（需包含<functional>），用于存储或传递匿名函数。