C++ Lambda 表达式详解

Lambda 表达式是 C++11 引入的一项重要特性，它允许在代码中内联定义匿名函数对象。Lambda 极大地简化了代码编写，特别是在使用 STL 算法时。

基本语法

Lambda 表达式的基本语法如下：

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[捕获列表](参数列表) -> 返回类型 { 函数体 }

其中：

捕获列表：定义 lambda 表达式可以访问的外部变量
参数列表：与普通函数的参数列表类似
返回类型：可以省略，编译器会自动推导
函数体：包含 lambda 表达式的执行代码

捕获列表详解

捕获列表决定了 lambda 表达式如何访问外部变量：

值捕获 [=] 或 [var]

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int x = 10;
auto lambda = [x] { return x; };  // 捕获x的值

引用捕获 [&] 或 [&var]

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int y = 20;
auto lambda = [&y] { y++; };  // 捕获y的引用

混合捕获

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int a = 1, b = 2;
auto lambda = [a, &b] { return a + b; };  // a值捕获，b引用捕获

隐式捕获

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[=]  // 所有变量值捕获
[&]  // 所有变量引用捕获
[=, &var]  // 除var外值捕获，var引用捕获
[&, var]  // 除var外引用捕获，var值捕获

参数列表

与普通函数类似，但有以下特点：

可以省略参数列表（如果没有参数）
支持 auto 参数（C++14 起）
支持可变参数模板

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auto lambda1 = [] { return 42; };  // 无参数
auto lambda2 = [](int a, int b) { return a + b; };  // 带参数
auto lambda3 = [](auto x, auto y) { return x * y; };  // C++14 auto参数

返回类型

返回类型可以显式指定，也可以由编译器自动推导：

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auto lambda1 = [] { return 42; };  // 返回类型推导为int
auto lambda2 = []() -> double { return 3.14; };  // 显式指定返回类型

当函数体中有多个 return 语句且返回类型不一致时，必须显式指定返回类型。

mutable 关键字

默认情况下，值捕获的变量在 lambda 内是 const 的。使用 mutable 可以修改这些副本：

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int x = 10;
auto lambda = [x]() mutable { x++; return x; };
// x的副本被修改，但外部的x不变

示例代码

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

int main() {
    // 简单lambda示例
    auto greet = [] { std::cout << "Hello, Lambda!\n"; };
    greet();
    
    // 带参数的lambda
    auto add = [](int a, int b) { return a + b; };
    std::cout << "5 + 3 = " << add(5, 3) << "\n";
    
    // 在STL算法中使用lambda
    std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::for_each(nums.begin(), nums.end(), [](int n) {
        std::cout << n << " ";
    });
    std::cout << "\n";
    
    // 捕获局部变量
    int factor = 2;
    auto multiply = [factor](int n) { return n * factor; };
    std::transform(nums.begin(), nums.end(), nums.begin(), multiply);
    
    // 引用捕获修改外部变量
    int sum = 0;
    std::for_each(nums.begin(), nums.end(), [&sum](int n) { sum += n; });
    std::cout << "Sum: " << sum << "\n";
    
    // mutable示例
    int counter = 0;
    auto increment = [counter]() mutable { return ++counter; };
    increment();
    increment();
    std::cout << "Counter inside lambda: " << increment() << "\n";
    std::cout << "Counter outside: " << counter << "\n";
    
    return 0;
}

高级用法

泛型 lambda (C++14):

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auto generic_lambda = [](auto x, auto y) { return x + y; };

模板 lambda (C++20):

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auto template_lambda = []<typename T>(T x, T y) { return x * y; };

立即调用 lambda:

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const int result = [](int x) { return x * x; }(5);  // 结果是25

作为函数参数传递:

复制代码

void process(const std::function<void(int)>& f) {
    f(42);
}

process([](int x) { std::cout << x << "\n"; });

Lambda 表达式是现代 C++ 编程中非常强大的工具，合理使用可以大大简化代码并提高可读性。