【c++】：Lambda 表达式介绍和使用

C++17 对 Lambda 表达式进行了多项重要扩展，使其功能更强大、使用更灵活。Lambda 表达式是一种匿名函数，用于简化代码中的回调、排序、算法参数等场景。以下从 基础语法、C++17 新增特性、实际应用 三个维度详细讲解：

一、Lambda 表达式基础语法

Lambda 表达式的核心结构如下（C++11 起支持）：

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

• 捕获列表（capture-list）：定义 Lambda 外部变量的访问方式（如按值捕获 [x]、按引用捕获 [&y]）。
• 参数列表（parameters）：与普通函数参数类似，C++14 起支持 auto 自动推导参数类型。
• mutable：允许修改按值捕获的变量（默认按值捕获为 const）。
• noexcept：声明函数不抛出异常。
• 返回类型（return-type）：可省略，由编译器自动推导（C++11 起）。

二、C++17 对 Lambda 的核心增强

C++17 新增了多项特性，解决了之前版本的限制，主要包括：

1. ** constexpr Lambda（常量表达式 Lambda）**

• 特性：Lambda 表达式可在编译期执行，支持用于 constexpr 变量初始化、模板参数等编译期场景。
• 语法：无需显式声明 constexpr，编译器会自动判断 Lambda 是否满足常量表达式要求（若函数体符合 constexpr 规则）。
• 示例：

  #include <iostream>int main() {// C++17 中，满足条件的 Lambda 自动为 constexprauto add = [](int a, int b) { return a + b; };// 编译期计算（需编译器支持 C++17）constexpr int sum = add(3, 5);  // sum = 8（编译期确定）std::cout << sum << std::endl;return 0;
  }
  

• 限制：函数体只能包含编译期可执行的代码（如无动态内存分配、无虚函数调用等）。

2. 捕获 *this（按值捕获当前对象）

• 问题背景：C++11/14 中，[this] 按引用捕获当前对象，若 Lambda 生命周期超过对象生命周期，会导致悬垂引用。
• C++17 解决方案：[*this] 按值捕获当前对象的副本，避免悬垂引用。
• 示例：

  #include <iostream>
  #include <memory>struct MyClass {int x = 10;auto getLambda() {// 按值捕获当前对象（*this 是对象的副本）return [*this]() { std::cout << "x = " << x << std::endl;  // 访问副本的 x};}
  };int main() {auto lambda = [](){MyClass obj;return obj.getLambda();  // obj 生命周期结束，但 Lambda 持有副本}();lambda();  // 输出：x = 10（安全访问副本）return 0;
  }
  

3. 模板化 Lambda（泛型 Lambda 增强）

• 特性：C++14 已支持 auto 作为参数类型（泛型 Lambda），C++17 进一步允许显式模板参数列表，支持更复杂的泛型逻辑。
• 语法：[]<template-params>(params) { ... }
• 示例：

  #include <iostream>
  #include <vector>
  #include <list>int main() {// 显式模板参数的 Lambda（C++17 新增）auto printSize = []<typename T>(const T& container) {std::cout << "Size: " << container.size() << std::endl;};std::vector<int> vec = {1, 2, 3};std::list<double> lst = {1.1, 2.2};printSize(vec);  // 输出：Size: 3（T 推导为 vector<int>）printSize(lst);  // 输出：Size: 2（T 推导为 list<double>）return 0;
  }
  

• 优势：比 auto 参数更灵活，支持模板特化、模板参数约束（C++20 进一步增强）等。

4. Lambda 在非类型模板参数中使用

• 特性：C++17 允许 Lambda 作为非类型模板参数（需满足 constexpr 要求）。
• 示例：

  #include <iostream>// 模板接受 Lambda 作为参数
  template <auto Lambda>
  void callLambda() {Lambda();  // 调用传入的 Lambda
  }int main() {// 传递 constexpr Lambda 作为模板参数callLambda<[](){ std::cout << "Lambda called!\n"; }>();  // 输出：Lambda called!return 0;
  }
  

5. 捕获初始化（初始化捕获的增强）

• 特性：C++14 已支持初始化捕获（如 [x = 10](){ ... }），C++17 允许捕获中使用 auto 自动推导类型，简化代码。
• 示例：

  #include <iostream>
  #include <string>int main() {std::string s = "hello";// 初始化捕获 + auto 推导（C++17 允许）auto lambda = [str = std::move(s)]() {  // str 类型自动推导为 stringstd::cout << str << std::endl;};lambda();  // 输出：helloreturn 0;
  }
  

三、C++17 Lambda 的实际应用场景

1. 编译期计算

利用 constexpr Lambda 实现编译期逻辑，提升运行时效率：

constexpr auto factorial = [](int n) {int res = 1;for (int i = 2; i <= n; ++i) res *= i;return res;
};constexpr int f5 = factorial(5);  // 120（编译期计算）

2. 安全捕获对象

使用 [*this] 避免对象生命周期问题，尤其在异步编程中：

#include <future>struct Task {int value = 5;auto asyncTask() {// 按值捕获 this，确保异步执行时对象已销毁也安全return std::async(std::launch::async, [*this]() {return value * 2;  // 使用对象副本的 value});}
};int main() {auto future = [](){Task t;return t.asyncTask();  // t 销毁，但 Lambda 持有副本}();std::cout << future.get() << std::endl;  // 输出：10return 0;
}

3. 泛型算法适配

结合模板化 Lambda 简化泛型代码，适配不同容器或数据类型：

#include <algorithm>
#include <vector>// 通用过滤函数，接受 Lambda 作为过滤条件
template <typename Container, typename Filter>
auto filter(const Container& c, Filter f) {Container res;std::copy_if(c.begin(), c.end(), std::back_inserter(res), f);return res;
}int main() {std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5, 6};// 模板化 Lambda 作为过滤条件（同时支持奇偶数判断）auto isEven = [](auto x) { return x % 2 == 0; };auto evens = filter(nums, isEven);  // evens = {2,4,6}return 0;
}

四、C++17 Lambda 与之前版本的对比

特性	C++11/14 支持度	C++17 支持度
constexpr Lambda	不支持（需手动包装）	自动支持（符合条件时）
按值捕获 *this	不支持（仅 [this] 按引用）	支持 [*this] 按值捕获副本
显式模板参数	不支持（仅 auto 参数）	支持 <typename T> 模板参数
作为非类型模板参数	不支持	支持（需 constexpr）
初始化捕获 auto	部分支持（需显式类型）	完全支持 auto 推导

总结

C++17 显著增强了 Lambda 表达式的功能，使其从“简单匿名函数”升级为支持 编译期计算、安全对象捕获、复杂泛型逻辑 的强大工具。这些特性尤其在模板编程、异步编程、泛型算法中能大幅简化代码，提升可读性和安全性。掌握 C++17 Lambda 是现代 C++ 开发的重要技能。