C++进阶 —— lambda表达式(C++11新特性）

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原创 2025-11-30 11:31:02 2.4k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

C++中 lambda表达式详细介绍在C++中，Lambda表达式是C++11引入的一项重要特性，它允许您定义匿名函数，以便在函数式编程范式中进行函数传递和高阶函数操作；Lambda表达式通常用于需要传递函数作为参数的场景，或者在代码中需要定义简单的、一次性的函数时非常方便。阅读详情

-> return-type 声明函数的返回值类型

{ statement } 函数体

三，函数对象与lambda表达式

一，模板函数sort

在C++98中，如对一个数据集合中的元素进行排序，可使用模板函数sort，如元素为自定义类型，需重新定义排序时的比较规则；随着C++的发展，人们开始觉的上面的写法太复杂了，为了实现一个算法algorithm，都要重新写一个比较类，如每次比较的逻辑不一样，还要去实现多个类，特别是相同类的命名，都会非常不方便；

//模板函数sort，元素为内置类型
int arr[] = { 4,1,5,3,8,7 };
std::sort(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));
std::sort(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), greater<int>()); //传递一个比较类

//模板函数sort，元素为自定义类型
struct Goods {
	string _name;
	double _price;
};
//自定义一个比较类，仿函数
struct Compare {
	bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
    { return gl._price <= gr._price; }
};

int main()
{
	Goods gds[] = { { "苹果", 2.1 }, { "相交", 3 }, { "橙子", 2.2 }, {"菠萝", 1.5} };
	sort(gds, gds + sizeof(gds) / sizeof(gds[0]), Compare());
	return 0;
}

二，lambda表达式

C++11引入了lambda表达式是一个匿名函数对象，可在传递给函数参数的位置快捷定义；其实际是一个仿函数，编译器会生成一个匿名类（此类重载了()运算符）；

无需单独定义一个函数或函数对象类；

//lambda表达式实际是一个匿名函数
Goods gds[] = { { "苹果", 2.1 }, { "相交", 3 }, { "橙子", 2.2 }, {"菠萝", 1.5} };
sort(gds, gds + sizeof(gds) / sizeof(gds[0]), 
[](const Goods& l, const Goods& r)->bool{return l._price < r._price;});

语法：[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement }

[capture-list] 捕捉列表

该列表总是在lambda函数的开始位置，编译器根据其来判断接下来的代码是否为lambda函数，捕捉列表能够捕捉上下文中的变量来供lambda函数使用；
[var]，表示值传递方式捕捉变量var；
[=]，表示值传递方式捕捉所有父作用域的变量(包括this)；
[&]，表示引用传递捕捉所有父作用域中的变量(包括this)；
[&var]，表示引用传递捕捉变量var；
[this]，表示值传递方式捕捉当前的this指针（在类的成员函数内部定义时，指向该类）；

(parameters) 参数列表

与普通函数的参数列表一致，如不需要参数传递，可连同()一起省略；
从C++14开始，参数列表可使用 auto，称为泛型 Lambda；

// C++14，编译器可自动推导a、b类型
auto add = [](auto a, auto b) { return a + b; };
std::cout << add(5, 3.14) << std::endl; // 输出 8.14

mutable 修改值捕获的变量

默认情况下，值捕获的变量是const，mutable可取消其常量性；
使用该修饰符时参数列表不可省略(即使参数为空)；

int main() {
    int value = 10; 
    //创建一个lambda对象
    auto lambda = [value]() mutable {
        value += 5;
        std::cout << "Lambda 内部: " << value << std::endl;
    };

    lambda(); // 输出：Lambda 内部: 15
    std::cout << "原始变量: " << value << std::endl; // 输出：原始变量: 10
    lambda(); // 输出：Lambda 内部: 20
    std::cout << "原始变量: " << value << std::endl; // 输出：原始变量: 10
    return 0;
}

auto createLimitedLogger(int maxLogs) {
    //remaining是在lambda内部创建的私有变量
    return [maxLogs,remaining = maxLogs](const std::string& message) mutable -> bool {
        if (remaining <= 0) { return false; }      
        cout << "日志 [" << (maxLogs - remaining + 1) << "/" << maxLogs << "]: " << message << endl;
        remaining--;
        return true;
    };
}

int main() {
    auto logger = createLimitedLogger(3);
    
    logger("系统启动");    // 成功
    logger("用户登录");    // 成功  
    logger("数据加载");    // 成功
    bool result = logger("这条不会显示"); // 失败，已达上限
    
    std::cout << "最后一次日志结果: " << std::boolalpha << result << std::endl;   
    return 0;
}

-> return-type 声明函数的返回值类型

没有返回值时此部分可省略；
返回值类型明确情况下也可省略，由编译器对返回类型进行推导；

// 编译器推导为 int
auto func1 = [](int x) { return x * 2; };

// 显式指定返回 double
auto func2 = [](int x) -> double {
    if (x > 0) return 1.5;
    else return 2.5;
};

{ statement } 函数体

该函数体内，除了可以使用参数外，还可以使用所有捕获到的变量；

注，在lambda函数定义中，参数列表和返回值类型都是可选部分，而捕捉列表和函数体可以为空；因此C++11中最简单的lambda函数为：[]{}；该函数不能做任何事；

lambda表达式实际上可以理解为无名函数，该函数无法直接调用，如想直接调用，可借助auto将其赋值给一个变量；

int a = 3, b = 4, x = 10;

[] {}; 空对象
[=] {return a + 3; }; //以值捕获所有父作用域变量
[&](int c) {b = a + c; }; //以引用捕获所有父作用域变

//以值捕获所有父作用域变量，但b以引用捕获
auto fun1 = [=, &b](int c)->int {return b += a + c; }; 
fun1(10);
//以值捕获x，但x可修改
auto fun2 = [x](int a) mutable { x *= 2; return a + x; };
fun2(10);

注：

父作用域指包含lambda函数的语句块；
语法上捕捉列表可由多个捕捉项组成，以逗号隔开；
捕捉列表不允许变量重复传递，否则编译报错；
在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空；
在块作用域中的lambda函数仅能捕捉父作用域中局部变量，捕捉任何非此作用域或非局部变量都会编译报错；
lambda表达式之间不能相互赋值，即使看起来类型相同；

三，函数对象与lambda表达式

函数对象又称仿函数，即可以像函数一样使用的类对象，就是在类中重载了operator()运算符的类对象；实际上，底层编译器对于lambda表达式的处理方式，完全是按照函数对象的方式处理的，即如定义了一个lambda表达式，编译器会自动生成一个类，该类中重载了operator()；

lambda表达式实际上被编译成一个匿名的、唯一的、不可见的类类型（闭包类型）的实例，该类重载了operator()，使得其实例可以像函数一样被调用；

auto fun = [] {};
cout << typeid(fun).name(); //class <lambda_018bd5995e25ec08ae3cb37db15b380a>

class Rate
{
public:
	Rate(double rate)
		:_rate(rate)
	{}
	double operator()(double money, int year)
	{ return money * _rate * year; }
private:
	double _rate;
};

int main()
{
	//函数对象
	double rate = 0.49;
	Rate r1 = (rate);
	r1(10000, 2000);

	//lambda表达式
	auto r2 = [=](double money, int year)->double {return money * rate * year; };
	r2(10000, 2000);
	return 0;
}