C++ Lambda表达式笔记

1. 什么是 Lambda 表达式？

Lambda 表达式是 C++11 引入的一种特性，允许定义匿名函数（没有名字的函数），并且可以像普通函数一样调用，甚至可以作为参数传递给其他函数。

基本语法：

[capture_list](parameters) -> return_type { function_body };

• [capture_list]：捕获列表，决定外部变量如何被 lambda 捕获。
• (parameters)：参数列表，与普通函数的参数类似。
• -> return_type（可选）：返回类型，通常可以省略，由编译器自动推断。
• { function_body }：函数体，包含要执行的具体逻辑。

2. Lambda 表达式的基本用法

• 无参数、无返回值：

  []() { std::cout << "Hello, Lambda!" << std::endl; }();

  输出：

  Hello, Lambda!

• 有参数、返回值：

  auto add = [](int a, int b) { return a + b; };
  std::cout << add(2, 3) << std::endl;  // 输出 5

• 显式指定返回类型：

  auto divide = [](int a, int b) -> double {
      return static_cast<double>(a) / b;
  };
  std::cout << divide(5, 2) << std::endl;  // 输出 2.5

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3. 捕获列表（[capture_list]）

捕获列表决定 lambda 如何访问外部作用域中的变量。可以按值捕获或按引用捕获。

(1) 空捕获列表：[]

• 不捕获任何外部变量。
• 仅适用于 lambda 完全独立的情况。

示例：

auto print = []() { std::cout << "Independent Lambda" << std::endl; };
print();

(2) 按值捕获：[x]

• 捕获外部变量 x 的副本，lambda 内的修改不会影响原变量。

示例：

int x = 5;
auto lambda = [x]() { std::cout << x << std::endl; };
lambda();  // 输出 5
x = 10;    // 修改原变量
lambda();  // 仍输出 5

(3) 按引用捕获：[&x]

• 捕获外部变量 x 的引用，lambda 内的修改会影响原变量。

示例：

int x = 5;
auto lambda = [&x]() { x += 10; };
lambda();
std::cout << x << std::endl;  // 输出 15

(4) 捕获所有外部变量：[=] 和 [&]

• [=]：按值捕获所有外部变量。
• [&]：按引用捕获所有外部变量。

示例：

int x = 5, y = 10;
auto lambda1 = [=]() { std::cout << x + y << std::endl; };  // 按值捕获
auto lambda2 = [&]() { x += y; };                          // 按引用捕获
lambda1();  // 输出 15
lambda2();
std::cout << x << std::endl;  // 输出 15

(5) 混合捕获：[=, &x] 和 [&, x]

• [=, &x]：按值捕获所有变量，但对 x 按引用捕获。
• [&, x]：按引用捕获所有变量，但对 x 按值捕获。

示例：

int x = 5, y = 10;
auto lambda = [=, &y]() { y += x; };  // x 按值，y 按引用
lambda();
std::cout << y << std::endl;  // 输出 15

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4. 使用 Lambda 表达式排序

Lambda 表达式经常用于自定义排序规则，例如在 std::sort 中。

• 升序排序：

  std::vector<int> vec = {5, 2, 9, 1};
  std::sort(vec.begin(), vec.end(), [](int a, int b) { return a < b; });
  // vec: {1, 2, 5, 9}

• 降序排序：

  std::sort(vec.begin(), vec.end(), [](int a, int b) { return a > b; });
  // vec: {9, 5, 2, 1}

• 复杂排序规则：

  std::sort(vec.begin(), vec.end(), [](int a, int b) {
      if (a % 2 == b % 2) return a > b;  // 同为奇数或偶数，按降序
      return a % 2 < b % 2;              // 偶数优先
  });
  // 假设 vec = {5, 2, 4, 7, 8}
  // 排序后：{8, 4, 2, 7, 5}

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5. Lambda 表达式的实际应用场景

1. 代替普通函数：用于实现一次性的功能，减少定义单独函数的冗余。
2. 自定义排序：灵活定义排序规则（如 std::sort）。
3. 回调函数：用于事件响应或异步处理（如 std::for_each）。
4. 函数式编程：与标准库的函数式接口（如 std::transform）结合使用。
5. 捕获变量用于计算：简化闭包的实现。

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6. 示例：捕获外部变量的高级应用

int base = 10;
auto multiplier = [base](int x) { return base * x; };
 
std::cout << multiplier(2) << std::endl;  // 输出 20

• 捕获 base，并使用其值进行计算。
• 这使得 lambda 可以与外部变量结合实现更多功能。

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7. 总结

Lambda 表达式的优势：

1. 简洁：减少了定义额外函数的冗余代码。
2. 灵活：可以捕获外部变量，轻松实现闭包。
3. 高效：与标准库算法结合（如 std::sort、std::transform），使代码更清晰。

常用模式：

• 无捕获：[]() {}。
• 按值捕获：[x]() {} 或 [=]() {}。
• 按引用捕获：[&x]() {} 或 [&]() {}。
• 混合捕获：[=, &x] 或 [&, x]。

Lambda 表达式是现代 C++ 编程的重要工具，值得熟练掌握！