C++ 中的 Lambda 表达式

一、C++ 中的 Lambda 表达式定义与作用

定义:

Lambda 表达式是 C++11 引入的一种匿名函数对象的简便写法。它可以在需要函数对象的地方定义一个临时的、小型的函数。Lambda 表达式的语法形式为[capture - list](parameters) -> return - type{ function - body }。

例如,[](int a, int b) -> int { return a + b; }定义了一个简单的 Lambda 表达式,它接受两个整数参数a和b,并返回它们的和。
作用:
作为回调函数:
在很多 C++ 标准库算法中(如std::for_each、std::transform等)需要传入函数对象作为回调函数。Lambda 表达式提供了一种方便的方式来定义这些回调函数,而不需要单独定义一个具名函数。

比如,有一个std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};,可以使用std::for_each和 Lambda 表达式来打印每个元素:

cpp 复制代码
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main()
{
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::for_each(numbers.begin(), numbers.end(), [](int num) { std::cout << num << " "; });
    return 0;
}

局部函数定义: 在某个函数内部,可能需要定义一个仅在该函数局部范围内使用的小型函数。Lambda 表达式允许在函数内部定义这样的函数,使得代码结构更加紧凑。

例如,在一个函数中计算两个数的不同运算结果:

cpp 复制代码
#include <iostream>
int main()
{
    int a = 3, b = 4;
    auto add = [](int x, int y) { return x + y; };
    auto multiply = [](int x, int y) { return x * y; };
    std::cout << "Addition: " << add(a, b) << std::endl;
    std::cout << "Multiplication: " << multiply(a, b) << std::endl;
    return 0;
}

二、Lambda 表达式可以捕获的变量类型与捕获方式

捕获的变量类型:

局部自动变量(栈变量): 在定义 Lambda 表达式的函数内部定义的非静态局部变量。例如,int localVariable = 10;,可以在 Lambda 表达式中捕获这个变量。

成员变量(如果在类的成员函数中定义 Lambda 表达式):当在类的成员函数中定义 Lambda 表达式时,可以捕获类的成员变量。
捕获方式:
值捕获([=]):

以值的方式捕获所有在 Lambda 表达式定义时可见的变量。这意味着 Lambda 表达式内部会创建这些变量的副本。

例如:

cpp 复制代码
#include <iostream>
int main()
{
    int x = 10;
    auto lambda = [=]() { std::cout << x << std::endl; };
    lambda();
    x = 20;
    lambda();  // 仍然输出10,因为是值捕获,捕获的是初始值
    return 0;
}
  • 引用捕获([&]
    • 以引用的方式捕获所有在 Lambda 表达式定义时可见的变量。这意味着 Lambda 表达式内部对这些变量的操作会直接影响到原始变量。
    • 例如:
cpp 复制代码
#include <iostream>
int main()
{
    int y = 30;
    auto lambda = [&]() { std::cout << y << std::endl; y++; };
    lambda();
    lambda();
    std::cout << y << std::endl;  // 输出32,因为通过引用捕获,Lambda内部对y的修改影响了外部变量
    return 0;
}
  • 混合捕获([a, &b]等形式)
    • 可以指定某些变量以值的方式捕获,某些变量以引用的方式捕获。例如[x, &y]表示以值的方式捕获x,以引用的方式捕获y
    • 例如:
cpp 复制代码
#include <iostream>
int main()
{
    int a = 1, b = 2;
    auto lambda = [a, &b]() { std::cout << a << " " << b << std::endl; b++; };
    lambda();
    lambda();
    std::cout << a << " " << b << std::endl; 
    return 0;
}
  • 在这个例子中,a的值在 Lambda 表达式内部不会改变,因为是值捕获,而b的值会随着 Lambda 表达式的调用而改变,因为是引用捕获。
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