前言

在前面的文章中，我们对lambda的定义以及使用有了一个非常清晰的认识，它是一个可调用的对象，定义很像函数指针，包括参数、返回值和函数体3大要素，不同之处是lambda可以定义在函数内，可以通过捕获来获取外部函数中的局部变量。

同时，我们结合sort、find_if和for_each与lambda的使用，更可以加深理解谓词的含义，以及lambda的捕获功能所带来的便捷性，可以在不传递参数的情况下，使用外部变量。

这个非常好用的lambda究竟是什么呢？编程没有魔法，本篇文章来重点探究一下。

正文

想要完全理解lambda，我们不能把lambda看成一个匿名函数，至于为什么，我们可以简单想一下为什么会把lambda看成函数。

lambda定义有参数列表、返回值和函数体，这完全就是一个函数的定义，但是没有名字，所以我们可以看成是匿名函数。同时，在函数体内部，可以使用外部的局部变量，有一种可以实现，那就是内联，相当于lambda代码块是函数的子作用域，所以我们可以看成是匿名的内联函数。

但是有一点不好解释，那就是捕获的对象，lambda可以对捕获的对象进行值捕获(拷贝)、引用捕获，单纯是函数的话，非常不好实现。所以当定义一个lambda时，编译器生成一个与lambda对应的类类型，当给函数传递一个lambda对象时，传递的参数本质是该类类型的未命名对象。

至于该类类型结构是什么样子的，如何调用，我们一步一步来分析。

函数调用运算符

如果类重载了函数调用运算符 ，则我们可以像使用函数一样使用该类的对象 。同时因为类可以存储状态，所以比普通函数更加灵活。这两句话需要完全理解，举个例子：

c++ 复制代码

#include <iostream>

struct absInt {
        int operator()(int val) const {
                return val < 0 ? -val : val;
        }
};

int main() {
        int i = -42;
        absInt absObj;
        int absi = absObj(i);
        std::cout << absi << std::endl;
}

在上面代码中，使用operator重载了函数调用运算符() ，它负责接受一个int类型的实参，然后返回绝对值。在absObj(i)的使用中，我们可以调用该对象，就像absObj是一个函数一样。

如果类定义了调用运算符，则把该类的对象称为函数对象(function object)，原因非常简单，因为可以调用这种对象，也可以说这种对象的行为像函数一样。

含有状态的函数对象类

搞清楚了重载函数运算符，我们现在探究前面说的它可以做到行为类似函数，但是比函数更灵活的特性。

因为重载运算符的函数必须是类的成员函数，而类的成员函数可以调用其他成员，所以给调用该重载运算符函数提供了更多的操作。我们直接来看个例子：

C++ 复制代码

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class PrintString {
        public:
                PrintString(ostream &o = cout, char c = ' '):
                        os(o), sep(c) { }
                void operator() (const string &s) const { os << s << sep; }
        private:
                ostream &os;
                char sep;
};

int main() {
        PrintString printer;
        printer("hello");
        PrintString errors(cerr, '\n');
        errors("error");
}

在代码中，我们定义了一个用于自定义打印字符串的PrintString类，默认使用std::cout和空格符号来打印字符串，同时重载了调用运算符，传入一个待打印的字符串。

在使用中，对于对象printer，可以直接把它当作函数来使用，而对于对象errors，将会使用std::cerr打印，并且后面跟一个换行符。

可以看到，当构建不同的对象时，调用它的效果是不一样的，这就是所体现的灵活性。

平时对于这种需求，我们一般都是习惯用函数重载来实现，现在使用重载运算符的方式，可以说是更加灵活。

lambda是函数对象

铺垫了这么多，终于讲到了重点，当我们编写一个lambda时，编译器会将该表达式翻译成一个未命名类的未命名对象。比如上一篇文章中的排序例子：

C++ 复制代码

sort(words.begin(), words.end(), [](const string &a, const string &b){
    return a.size() < b.size();
});

其行为就类似于下面类的一个对象：

C++ 复制代码

class ShorterString {
public: 
    bool operator() (const string &a, const string &b) const {
        return a.size() < b.size();
    }
}

产生的类，只有一个重载了的函数调用运算符成员，参数和lambda完全一样。上一篇文章我们说过，标准库中传递给算法的谓词是一个可调用对象 ，所以前面我们演示了可以传递给sort分别为函数和lambda，现在我们可以传递给它一个类对象：

C++ 复制代码

sort(words.begin(), words.end(), ShorterString());

在sort内部的代码中，每次比较两个string时，都会调用这个对象。

表示捕获行为的类

既然搞清楚lambda的本质其实就是函数对象后，捕获特性就非常容易理解了。当一个lambda表达式通过引用捕获变量时，将由程序负责确保lambda执行时的对象确实存在，因此，编译器可以直接使用该引用而无需在lambda产生的类中将其存储为数据成员。

相反，通过值捕获的变量会被拷贝到lambda中，这种lambda产生的类必须为每个值捕获的变量建立对应的数据成员，同时创建构造函数，令其使用捕获的变量的值来初始化数据成员。

还是上一篇文章中的例子，我们写了一个lambda传递给find_if用来查询第一个满足条件的元素：

C++ 复制代码

auto wc = find_if(words.begin(), words.end(), [sz](const std::string &s){ 
    return s.size() >= sz; 
});

该lambda使用了值捕获，所以它产生的类将如下：

C++ 复制代码

class SizeComp {
public:
    SizeComp(size_t n): sz(n) { }
    bool operator() (const string &s) const {
        return s.size() >= sz;
    }
private:
    size_t sz;
}

在该类中，直接多了构造函数和用来保存捕获的值的数据成员,上面lambda的写法就和下面效果一样：

C++ 复制代码

auto wc = find_if(words.begin(), words.end(), SizeComp(sz));

这么一看，我们就可以发现lambda其实并没有神奇之处，关于捕获的最特别特性在了解其本质后，也非常容易理解。

总结

本篇文章以重载函数调用运算符开始，逐步揭开lambda的本质，可以看出lambda其实就是一个语法糖，是函数对象的简写方式而已，由编译器为我们做了后续的工作。

当我们能在大脑中为每个lambda都可以自动转换为一个相应的未命名类时，其中的捕获和参数列表也就容易理解，我们使用lambda和阅读lambda将不再困难。

函数对象与lambda

前言

正文

函数调用运算符

含有状态的函数对象类

lambda是函数对象

表示捕获行为的类

总结