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1. 基本用法 {#1-基本用法} =================

lambda表达式是C++11最重要也是最常用的特性之一，这是现代编程语言的一个特点，lambda表达式有如下的一些优点：

• 声明式的编程风格：就地匿名定义目标函数或函数对象，不需要额外写一个命名函数或函数对象。
• 简洁：避免了代码膨胀和功能分散，让开发更加高效。
• 在需要的时间和地点实现功能闭包，使程序更加灵活。

lambda表达式定义了一个匿名函数，并且可以捕获一定范围内的变量。lambda表达式的语法形式简单归纳如下：

|-----------|-----------------------------------------------| | 1 | [capture](params) opt -> ret {body;}; |

其中capture是捕获列表，params是参数列表，opt是函数选项，ret是返回值类型，body是函数体。

1. 捕获列表[]: 捕获一定范围内的变量

2. 参数列表(): 和普通函数的参数列表一样，如果没有参数参数列表可以省略不写。

   |-------------|--------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 | auto f = [](){return 1;} // 没有参数, 参数列表为空 auto f = []{return 1;} // 没有参数, 参数列表省略不写 |

3. opt 选项， 不需要可以省略

   • mutable: 可以修改按值传递进来的拷贝（注意是能修改拷贝，而不是值本身）
   • exception: 指定函数抛出的异常，如抛出整数类型的异常，可以使用throw();

4. 返回值类型：在C++11中，lambda表达式的返回值是通过返回值后置语法来定义的。

5. 函数体：函数的实现，这部分不能省略，但函数体可以为空。

6. 捕获列表 {#2-捕获列表} =================

lambda表达式的捕获列表可以捕获一定范围内的变量，具体使用方式如下：

• []- 不捕捉任何变量
• [&]- 捕获外部作用域中所有变量, 并作为引用在函数体内使用 (按引用捕获)
• [=]- 捕获外部作用域中所有变量, 并作为副本在函数体内使用 (按值捕获)
  • 拷贝的副本在匿名函数体内部是只读的
• [=, &foo] - 按值捕获外部作用域中所有变量, 并按照引用捕获外部变量 foo
• [bar] - 按值捕获 bar 变量, 同时不捕获其他变量
• [&bar] - 按引用捕获 bar 变量, 同时不捕获其他变量
• [this] - 捕获当前类中的this指针
  • 让lambda表达式拥有和当前类成员函数同样的访问权限
  • 如果已经使用了 & 或者 =, 默认添加此选项

下面通过一个例子，看一下初始化列表的具体用法：

|---------------------------------------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 | #include <iostream> #include <functional> using namespace std; class Test { public: void output(int x, int y) { auto x1 = [] {return m_number; }; // error auto x2 = [=] {return m_number + x + y; }; // ok auto x3 = [&] {return m_number + x + y; }; // ok auto x4 = [this] {return m_number; }; // ok auto x5 = [this] {return m_number + x + y; }; // error auto x6 = [this, x, y] {return m_number + x + y; }; // ok auto x7 = [this] {return m_number++; }; // ok } int m_number = 100; }; |

• x1：错误，没有捕获外部变量，不能使用类成员 m_number
• x2：正确，以值拷贝的方式捕获所有外部变量
• x3：正确，以引用的方式捕获所有外部变量
• x4：正确，捕获this指针，可访问对象内部成员
• x5：错误，捕获this指针，可访问类内部成员，没有捕获到变量x，y，因此不能访问。
• x6：正确，捕获this指针，x，y
• x7：正确，捕获this指针，并且可以修改对象内部变量的值

|---------------------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | int main(void) { int a = 10, b = 20; auto f1 = [] {return a; }; // error auto f2 = [&] {return a++; }; // ok auto f3 = [=] {return a; }; // ok auto f4 = [=] {return a++; }; // error auto f5 = [a] {return a + b; }; // error auto f6 = [a, &b] {return a + (b++); }; // ok auto f7 = [=, &b] {return a + (b++); }; // ok return 0; } |

• f1：错误，没有捕获外部变量，因此无法访问变量 a
• f2：正确，使用引用的方式捕获外部变量，可读写
• f3：正确，使用值拷贝的方式捕获外部变量，可读
• f4：错误，使用值拷贝的方式捕获外部变量，可读不能写
• f5：错误，使用拷贝的方式捕获了外部变量a，没有捕获外部变量b，因此无法访问变量b
• f6：正确，使用拷贝的方式捕获了外部变量a，只读，使用引用的方式捕获外部变量b，可读写
• f7：正确，使用值拷贝的方式捕获所有外部变量以及b的引用，b可读写，其他只读

在匿名函数内部，需要通过lambda表达式的捕获列表控制如何捕获外部变量，以及访问哪些变量。默认状态下lambda表达式无法修改通过复制方式捕获外部变量，如果希望修改这些外部变量，需要通过引用的方式进行捕获。

3. 返回值 {#3-返回值} ===============

很多时候，lambda表达式的返回值是非常明显的，因此在C++11中允许省略lambda表达式的返回值。

|---------------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | // 完整的lambda表达式定义 auto f = [](int a) -> int { return a+10; }; // 忽略返回值的lambda表达式定义 auto f = [](int a) { return a+10; }; |

一般情况下，不指定lambda表达式的返回值，编译器会根据return语句自动推导返回值的类型，但需要注意的是labmda表达式不能通过列表初始化自动推导出返回值类型。

|---------------------------------|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | // ok，可以自动推导出返回值类型 auto f = [](int i) { return i; } // error，不能推导出返回值类型 auto f1 = []() { return {1, 2}; // 基于列表初始化推导返回值，错误 } |

4. 函数本质 {#4-函数本质} =================

使用lambda表达式捕获列表捕获外部变量，如果希望去修改按值捕获的外部变量，那么应该如何处理呢？这就需要使用mutable选项，被mutable修改是lambda表达式就算没有参数也要写明参数列表，并且可以去掉按值捕获的外部变量的只读（const）属性。

|---------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 | int a = 0; auto f1 = [=] {return a++; }; // error, 按值捕获外部变量, a是只读的 auto f2 = [=]()mutable {return a++; }; // ok |

最后再剖析一下为什么通过值拷贝的方式捕获的外部变量是只读的:

1. lambda表达式的类型在C++11中会被看做是一个带operator()的类，即仿函数。
2. 按照C++标准，lambda表达式的operator()默认是const的，一个const成员函数是无法修改成员变量值的。

mutable选项的作用就在于取消operator()的const属性。

因为lambda表达式在C++中会被看做是一个仿函数，因此可以使用std::function和std::bind来存储和操作lambda表达式：

|------------------------------------------------|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | #include <iostream> #include <functional> using namespace std; int main(void) { // 包装可调用函数 std::function<int(int)> f1 = [](int a) {return a; }; // 绑定可调用函数 std::function<int(int)> f2 = bind([](int a) {return a; }, placeholders::_1); // 函数调用 cout << f1(100) << endl; cout << f2(200) << endl; return 0; } |

对于没有捕获任何变量的lambda表达式，还可以转换成一个普通的函数指针：

|-------------------------|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 | using func_ptr = int(*)(int); // 没有捕获任何外部变量的匿名函数 func_ptr f = [](int a) { return a; }; // 函数调用 f(1314); |