C++11中的lambda表达式是什么？如何使用它们？

八股文_C++11新特性 1 218

参考回答

C++11中的lambda表达式是一种定义匿名函数的方式，它允许我们在代码中定义一个临时的、没有名字的函数，并且可以直接在需要函数的地方使用。lambda表达式使得函数对象的定义变得更加简洁、灵活，尤其在STL算法和回调函数等场景中非常有用。

语法：

[捕获列表](参数列表) -> 返回类型 {函数体}

捕获列表：指定lambda函数如何访问外部变量，可以是按值捕获或按引用捕获。
参数列表：指定lambda函数的输入参数，类似普通函数。
返回类型：如果lambda有返回值，可以显式指定返回类型，若能推导则可以省略。
函数体：函数的实现部分。

示例：

// 一个简单的lambda表达式
auto add = [](int a, int b) { return a + b; };
std::cout << add(2, 3);  // 输出5

详细讲解与拓展

捕获列表（Capture List）：
- 捕获列表决定了lambda表达式如何使用外部作用域中的变量。可以按值捕获、按引用捕获或者混合使用。

按值捕获：
捕获的变量在lambda内是常量，不会修改外部变量。

```cpp
int x = 10;
auto lambda = [x]() { return x + 5; };
std::cout << lambda(); // 输出15
```
按引用捕获：
捕获的变量在lambda内是可修改的，任何更改会影响外部变量。

```cpp
int x = 10;
auto lambda = [&x]() { x = x + 5; };
lambda();
std::cout << x; // 输出15
```
混合捕获：
可以按值捕获某些变量，按引用捕获其他变量。

```cpp
int x = 10, y = 20;
auto lambda = [x, &y]() { return x + y; };
std::cout << lambda(); // 输出30
```
捕获所有变量：
- [=]：按值捕获所有外部变量。
- [&]：按引用捕获所有外部变量。
```
int x = 10, y = 20;
auto lambda = [=]() { return x + y; };  // 按值捕获所有外部变量
```

参数列表与返回类型：
- 参数列表和普通函数一样，可以指定输入参数，并且可以省略返回类型，编译器会根据返回值自动推导。
```
auto lambda = [](int a, int b) -> int { return a + b; };
std::cout << lambda(3, 4); // 输出7
```

如果lambda的返回类型可以自动推导，则无需指定返回类型。
```cpp
auto lambda = [](int a, int b) { return a + b; }; // 返回类型自动推导为int
std::cout << lambda(2, 3); // 输出5
```

用法场景：
- STL算法：lambda表达式经常和STL算法（如std::sort、std::for_each）配合使用，作为回调函数。
```
std::vector v = {1, 2, 3, 4, 5};
std::for_each(v.begin(), v.end(), [](int x) { std::cout << x << " "; });
```

事件回调：lambda函数非常适合用于事件驱动编程和回调函数，避免了额外定义函数。

auto buttonClickCallback = [](int buttonID) { std::cout << "Button " << buttonID << " clicked"; };
buttonClickCallback(1);  // 输出 "Button 1 clicked"

生成简洁的代码：在一些需要快速构造函数对象的地方，lambda表达式使得代码更简洁且易于理解。

与std::function结合使用：
lambda表达式可以与std::function配合使用，它能够保存任何可以调用的对象，包括lambda表达式。
```
#include 
std::function add = [](int a, int b) { return a + b; };
std::cout << add(3, 5); // 输出8
```
可变参数的lambda表达式：
C++14引入了可变参数的lambda表达式，使得lambda可以接受任意数量的参数。
```
auto lambda = [](auto... args) { return (args + ...); };
std::cout << lambda(1, 2, 3); // 输出6
```
性能考虑：
- Lambda表达式在编译时会生成一个函数对象，这使得它比传统的函数指针更为高效，特别是在高性能需求的场景下。因为lambda表达式通常是内联的，编译器能够优化代码。
- 由于lambda是一个匿名函数对象，捕获变量时的效率也相对较高。尤其在捕获时使用按引用捕获时，不需要复制变量，避免了不必要的开销。

总结

C++11中的lambda表达式是一个强大的特性，能够简化代码并提高灵活性。它使得我们能够定义匿名函数，并直接在需要的地方使用。通过使用捕获列表，lambda能够高效地访问外部变量，同时在STL算法、回调函数和生成函数对象等场景中提供了极大的便利。对于需要简洁、灵活且高效的函数对象，lambda表达式是一个非常合适的选择。

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