C++匿名函数

C++ 中的匿名函数（Lambda 表达式）是 C++11 引入的一项重要特性，它允许你在需要的地方定义一个临时的、无名的函数对象，使代码更加简洁和灵活。

1. 基本语法

Lambda 表达式的基本结构：

[capture list](parameter list) -> return type { function body }

• [capture list]：捕获外部变量，指定如何将外部作用域的变量传递给 lambda。
• (parameter list)：参数列表，与普通函数的参数类似（可省略，但若省略括号必须为空）。
• -> return type：返回类型（可省略，编译器会自动推导）。
• { function body }：函数体，包含具体的实现逻辑。

示例：

auto add = [](int a, int b) -> int { return a + b; };
int result = add(3, 4);  // 结果为 7

2. 捕获列表（Capture List）

捕获列表用于访问外部作用域中的变量，有以下几种方式：

值捕获（By Value）

• 使用 [var] 捕获变量的副本。
• Lambda 创建时拷贝变量，后续修改不影响 lambda 内部的值。

int x = 10;
auto lambda = [x]() { return x * 2; };  // 捕获 x 的值
x = 20;
std::cout << lambda();  // 输出 20（捕获的是 x 的副本）

引用捕获（By Reference）

• 使用 [&var] 捕获变量的引用。
• Lambda 内部使用的是变量的引用，外部修改会影响 lambda 内部。

int x = 10;
auto lambda = [&x]() { return x * 2; };  // 捕获 x 的引用
x = 20;
std::cout << lambda();  // 输出 40（引用 x 的当前值）

隐式捕获

• 使用 [=] 捕获所有外部变量的值（值捕获）。
• 使用 [&] 捕获所有外部变量的引用（引用捕获）。

int a = 5, b = 10;
auto lambda = [=]() { return a + b; };  // 值捕获 a 和 b
auto lambda2 = [&]() { a++; return a + b; };  // 引用捕获 a 和 b

混合捕获

• 同时使用值捕获和引用捕获，例如 [=, &a]（默认值捕获，a 引用捕获）。

int a = 5, b = 10;
auto lambda = [=, &a]() { a++; return a + b; };  // a 引用捕获，b 值捕获

3. 参数列表

Lambda 的参数列表与普通函数类似，但不支持默认参数。

auto greet = [](const std::string& name) {
    std::cout << "Hello, " << name << "!" << std::endl;
};
greet("Alice");  // 输出 "Hello, Alice!"

4. 返回类型

返回类型可省略，编译器会自动推导。若需要显式指定，使用 -> type。

auto sum = [](int a, int b) -> int { return a + b; };  // 显式指定返回类型
auto square = [](double x) { return x * x; };  // 自动推导返回类型

5. 可变 Lambda（Mutable Lambda）

默认情况下，值捕获的变量在 lambda 内部是只读的。使用 mutable 关键字可修改值捕获的变量。

int x = 10;
auto lambda = [x]() mutable {
    x++;  // 允许修改值捕获的 x
    return x;
};
std::cout << lambda();  // 输出 11（但外部 x 仍为 10）

6. 泛型 Lambda（C++14+）

使用 auto 作为参数类型，使 lambda 成为泛型函数。

auto print = [](const auto& value) {
    std::cout << value << std::endl;
};
print(42);      // 输出整数
print("test");  // 输出字符串

7. 捕获 this 指针

在类成员函数中，可捕获 this 指针以访问类的成员变量和方法。

class MyClass {
public:
    int value = 10;
    void func() {
        auto lambda = [this]() { return value * 2; };
        std::cout << lambda();  // 输出 20
    }
};

8. 捕获初始化（C++14+）

允许在捕获列表中初始化新变量，可移动构造对象或重命名捕获的变量。

int x = 10;
auto lambda = [y = x + 5]() { return y; };  // 初始化 y 为 15
std::cout << lambda();  // 输出 15

// 移动捕获（适用于不可复制的对象，如 std::unique_ptr）
auto ptr = std::make_unique<int>(42);
auto lambda2 = [ptr = std::move(ptr)]() { return *ptr; };

9. Lambda 的类型和存储

• Lambda 表达式的类型是一个唯一的、未命名的闭包类型（Closure Type）。
• 可使用 auto 或 std::function 存储 lambda。

// 使用 auto（推荐，效率更高）
auto add = [](int a, int b) { return a + b; };

// 使用 std::function（需包含 <functional>）
std::function<int(int, int)> multiply = [](int a, int b) { return a * b; };

10. Lambda 在 STL 中的应用

Lambda 常用于简化 STL 算法的使用。

#include <algorithm>
#include <vector>

std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};

// 使用 lambda 作为谓词
auto sum = std::accumulate(nums.begin(), nums.end(), 0, 
                          [](int acc, int x) { return acc + x; });

// 排序
std::sort(nums.begin(), nums.end(), 
         [](int a, int b) { return a > b; });  // 降序排序

// 查找第一个大于 3 的元素
auto it = std::find_if(nums.begin(), nums.end(), 
                      [](int x) { return x > 3; });

11. 常量表达式 Lambda（C++17+）

使用 constexpr 关键字使 lambda 可以在编译时求值。

constexpr auto add = [](int a, int b) { return a + b; };
static_assert(add(3, 4) == 7, "Error");  // 编译时检查

12. 模板 Lambda（C++20+）

使用模板参数（template <typename T> 的简写）使 lambda 更灵活。

auto lambda = []<typename T>(const T& a, const T& b) { return a + b; };
int sum_int = lambda(1, 2);        // T 推导为 int
double sum_double = lambda(1.5, 2.5);  // T 推导为 double

13. 异常规范（C++17 前）

使用 noexcept 指定 lambda 是否抛出异常。

auto safe_divide = [](double a, double b) noexcept {
    return b != 0 ? a / b : 0;
};

14. 性能考虑

• Lambda 通常比普通函数指针或 std::function 更高效，因为编译器可内联其代码。
• 值捕获会复制变量，可能影响性能（尤其是大对象），此时应优先使用引用捕获。

总结

C++ 的匿名函数（Lambda）提供了强大而灵活的语法，使代码更简洁、更易读。掌握捕获列表、参数、返回类型和各种特性（如泛型、捕获初始化）是使用 Lambda 的关键。合理使用 Lambda 可以显著提升 C++ 代码的表达力和效率。