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。