C++ labmbd表达式

C++ Lambda 表达式详解

Lambda 表达式（也称为匿名函数）是一种简洁的方式来定义即用即弃的函数对象，特别适用于回调、并行算法和函数式编程风格。Lambda 表达式的基本语法如下：

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

1. Lambda 表达式的组成部分：

2. Lambda 语法示例

(1) 最简单的 Lambda

#include <iostream>

int main() {
    auto lambda = [] { std::cout << "Hello, Lambda!" << std::endl; };
    lambda(); // 调用 lambda
    return 0;
}

说明：

• [] 表示没有捕获外部变量。
• 没有参数和返回值，直接执行 {} 内部的代码。

(2) 带参数的 Lambda

#include <iostream>

int main() {
    auto add = [](int a, int b) { return a + b; };
    std::cout << add(3, 5) << std::endl; // 输出 8
    return 0;
}

说明：

• [](int a, int b) { return a + b; } 是一个接收两个 int 参数并返回它们和的 Lambda 表达式。
• auto add 变量接收 Lambda，可像普通函数一样调用。

(3) 指定返回类型的 Lambda

#include <iostream>

int main() {
    auto divide = [](int a, int b) -> double { return (double)a / b; };
    std::cout << divide(5, 2) << std::endl; // 输出 2.5
    return 0;
}

说明：

• -> double 明确指定了返回类型，否则 a / b 可能会被推导为 int。

3. 捕获外部变量

Lambda 可以访问其作用域内的变量，但必须通过捕获列表 [] 指定是否捕获它们。

(1) 值捕获（复制）

#include <iostream>

int main() {
    int x = 10;
    auto lambda = [x]() { std::cout << x << std::endl; };
    x = 20; // lambda 捕获的是 10，不受影响
    lambda(); // 输出 10
    return 0;
}

说明：

• [x] 捕获 x 的值，lambda 内部访问的是捕获时的值，不受 x 变化影响。

(2) 引用捕获

#include <iostream>

int main() {
    int x = 10;
    auto lambda = [&x]() { std::cout << x << std::endl; };
    x = 20; // lambda 捕获的是引用，会受影响
    lambda(); // 输出 20
    return 0;
}

说明：

• [&x] 捕获 x 的引用，因此 x 的修改会影响 Lambda 内部的 x。

(3) 捕获所有变量

#include <iostream>

int main() {
    int a = 5, b = 10;
    
    auto value_capture = [=]() { std::cout << a << " " << b << std::endl; };
    auto ref_capture = [&]() { std::cout << a << " " << b << std::endl; };

    a = 20; b = 30;

    value_capture(); // 仍然输出 5 10（值捕获不会变）
    ref_capture();   // 输出 20 30（引用捕获受外部变量影响）

    return 0;
}

说明：

• [=]：值捕获所有变量（a, b 被拷贝）。
• [&]：引用捕获所有变量（a, b 直接访问原始变量）。

4. Lambda 在 STL 中的应用

Lambda 在 std::sort 等标准库函数中很常见：

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

int main() {
    std::vector<int> nums = {4, 2, 7, 1, 9};
    
    std::sort(nums.begin(), nums.end(), [](int a, int b) { return a < b; });

    for (int num : nums) {
        std::cout << num << " "; // 输出 1 2 4 7 9
    }

    return 0;
}

说明：

• std::sort 需要一个比较函数，Lambda 可直接提供简洁的方式。

5. Lambda 作为 std::function

Lambda 还能存储到 std::function 变量中，方便传递：

#include <iostream>
#include <functional>

int main() {
    std::function<int(int, int)> multiply = [](int a, int b) { return a * b; };
    
    std::cout << multiply(3, 4) << std::endl; // 输出 12

    return 0;
}

6. 可变 (mutable) Lambda

默认情况下，值捕获的 Lambda 内部不能修改捕获的变量：

#include <iostream>

int main() {
    int x = 10;
    auto lambda = [x]() mutable { x = 20; std::cout << x << std::endl; };
    
    lambda(); // 输出 20
    std::cout << x << std::endl; // 仍然是 10（外部 x 没变）

    return 0;
}

说明：

• mutable 允许修改值捕获的 x，但该修改不会影响原始 x。

7. Lambda 递归

Lambda 默认不能递归调用自己，但可以用 std::function 解决：

#include <iostream>
#include <functional>

int main() {
    std::function<int(int)> factorial = [&](int n) {
        return (n <= 1) ? 1 : n * factorial(n - 1);
    };

    std::cout << factorial(5) << std::endl; // 输出 120
    return 0;
}

说明：

• std::function<int(int)> 用于存储 Lambda，使其能递归调用自身。

总结

Lambda 表达式是 C++ 现代编程的重要特性，广泛用于 STL、并行计算和回调函数中。