lambda 表达式

C++ 的 lambda 表达式 是一种轻量、内联的函数对象写法，广泛用于标准算法、自定义回调、事件响应等场景。它简洁且强大。以下将系统、详细地讲解 lambda 的语法、捕获规则、应用技巧和实际使用场景。

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🧠 一、基本语法

[捕获列表](参数列表) -> 返回类型 { 函数体 };

示例：

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

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🧩 二、捕获列表详解

捕获列表（[]）用于访问外部变量。可以按值、按引用捕获，也可以使用默认捕获。

捕获方式对比：

写法	含义	示例变量是否可修改？	示例
[]	不捕获	否	[](){}
[=]	按值捕获所有外部变量	否（默认）	[=]() { return x + y; }
[&]	按引用捕获所有外部变量	是	[&]() { x += 1; }
[x]	按值捕获指定变量	否	[x]() { return x; }
[&x]	按引用捕获指定变量	是	[&x]() { x++; }
[=, &y]	默认按值，y按引用	混合	[=, &y]() { y += x; }
[&, x]	默认引用，x按值	混合	[&, x]() { z += x; }

⚠ 注意：

• 按值捕获的变量在 lambda 定义时被拷贝（或移动），后续外部变量改变不影响 lambda。

• 要在 lambda 中修改按值捕获的变量，需加上 mutable：

  [x]() mutable { x++; } // 修改的是 lambda 内部的拷贝

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🔧 三、参数列表与返回类型

[](int a, int b) -> int { return a + b; }

• 参数列表可省略，适用于无参 lambda：[] { return 42; }

• 返回类型可省略，C++ 会自动推导（从 return 表达式）

• 若 return 有多个分支（如 if/else），需要显式指定返回类型

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🎯 四、常见用法

1. 在 std::sort 中排序

std::vector<int> v = {3, 1, 4}; std::sort(v.begin(), v.end(), [](int a, int b) { return a < b; });

2. 与 STL 算法结合

std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4}; auto it = std::find_if(v.begin(), v.end(), [](int x) { return x > 2; });

3. 与 for_each 连用

std::for_each(v.begin(), v.end(), [](int x) { std::cout << x << " "; });

4. 可修改外部变量（引用捕获）

int sum = 0; std::for_each(v.begin(), v.end(), [&sum](int x) { sum += x; });

5. 返回 lambda 并使用

auto make_adder = [](int x) { return [x](int y) { return x + y; }; }; auto add5 = make_adder(5); std::cout << add5(3); // 输出：8

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🛠 五、高级技巧

1. 使用 mutable 修改按值捕获变量

int x = 10; auto f = [x]() mutable { x += 5; // 修改的是 x 的副本 std::cout << x; }; f(); // 输出 15；原始 x 不变

2. 带状态的闭包

auto counter = [i = 0]() mutable { return ++i; }; std::cout << counter(); // 1 std::cout << counter(); // 2

3. Lambda 与函数指针转换

auto f = [](int x) { return x * 2; }; int (*fp)(int) = f; // 仅限于不捕获的 lambda（无状态）

4. 递归 lambda（C++14 起）

std::function<int(int)> fib = [&](int n) { return (n <= 1) ? 1 : fib(n - 1) + fib(n - 2); };

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🧪 六、lambda 捕获的实质（闭包对象）

Lambda 表达式是编译器自动生成的匿名类对象，包含：

• 成员变量（捕获的变量）

• 重载的 operator() 方法（函数体）

int a = 5; auto f = [a](int x) { return x + a; };

编译器会生成类似：

struct __Lambda { int a; __Lambda(int a_) : a(a_) {} int operator()(int x) const { return x + a; } };

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✅ 总结

特性	说明
[]	捕获外部变量（值/引用/混合）
()	定义参数列表
mutable	允许修改值捕获的副本
-> type	指定返回类型（可省略）
可嵌套/递归	支持
与 STL 高度集成	sort, for_each, find_if 等