1. 简单介绍及语法

Lambda表达式是C++11引入的一种便捷的匿名函数定义机制。

lambda 表达式本质是一个匿名函数对象，跟普通函数不同的是他可以定义在函数内部。

lambda 表达式语法使用层而言没有类型，所以我们一般是用auto或者模板参数定义的对象去接收 lambda 对象。

Lambda表达式的基本语法

Lambda表达式的基本语法格式如下：

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

• capture_list：捕获列表(不可省略)，该列表总是出现在 lambda 函数的开始位置，编译器根据[]来判断接下来的代码是否为 lambda 函数用于指定Lambda表达式可以访问的外部变量，以及捕获的方式（按值或按引用）。
• parameters：参数列表(可以省略)，定义传递给Lambda表达式的参数。如果不需要参数传递，则可以连同()⼀起省略
• -> return_type：可选的尾部返回类型指定(可以省略)。如果省略，则由函数体中的返回语句推断返回值。
• function_body：Lambda表达式的函数体(不可省略)，包含执行的代码，函数体为空也不能省略。在该函数体内，除了可以使用其参数外，还可以使用所有捕获到的变量。

#include<iostream> using namespace std; int main() { // ⼀个简单的lambda表达式 auto add = [](int x, int y)->int {return x + y; }; cout << add(1, 2) << endl; // 1、捕捉为空也不能省略 // 2、参数为空可以省略 // 3、返回值可以省略，可以通过返回对象自动推导 // 4、函数题不能省略 auto hello = [] { cout << "hello World" << endl; return 0; }; hello(); int a = 0, b = 1; auto swap1 = [](int& x, int& y) { int tmp = x; x = y; y = tmp; }; swap1(a, b); cout << a << ":" << b << endl; return 0; }

2. 捕捉列表

在lambda表达式中不可以直接使用外部变量，因为其本质上是一个函数，要使用其所在域内的变量，需要用捕捉列表进行捕捉。

捕捉的方式有：显式传值捕捉，显式传引用捕捉，隐式传值捕捉，隐式传引用捕捉。

显式传值捕捉与传引用捕捉

第一种捕捉方式是在捕捉列表中显式的传值捕捉和传引用捕捉，捕捉的多个变量用逗号分割。

直接将变量写到捕捉列表中时为传值捕捉，加上 "&" 则表示传引用捕捉：

[x，y，&z] 表示x和y值捕捉，z引用捕捉。

注意：传值捕捉的变量是被const修饰的，不可修改。

int main() { // 只能用当前lambda局部域和捕捉的对象和全局对象 int a = 0, b = 1, c = 2, d = 3; auto func1 = [a, &b] { // 值捕捉的变量不能修改，引用捕捉的变量可以修改 //a++; b++; int ret = a + b; return ret; }; cout << func1() << endl; return 0; }

隐式传值捕捉与传引用捕捉

"[=]" ：捕捉列表中传入 "=" 表示自动传值捕捉在函数体内被用到的变量；

"[&]"：捕捉列表中传入 "&" 表示自动传引用捕捉在函数体内被用到的变量。

int main() { // 只能用当前lambda局部域和捕捉的对象和全局对象 int a = 0, b = 1, c = 2, d = 3; // 隐式值捕捉 // 用了哪些变量就捕捉哪些变量 auto func2 = [=] { int ret = a + b + c; return ret; }; cout << func2() << endl; // 隐式引用捕捉 // 用了哪些变量就捕捉哪些变量 auto func3 = [&] { a++; c++; d++; }; func3(); cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl; return 0; }

混合使用显式捕捉和隐式捕捉

在捕捉列表中混合使用隐式捕捉和显式捕捉：

[=，&x] 表示其他变量隐式值捕捉，x引用捕捉；

[&， x， y] 表示其他变量引用捕捉，x和y值捕捉。

当使用混合捕捉时，第一个元素必须是&或=，并且&混合捕捉时，后面的捕捉变量必须是值捕捉，同理=混合捕捉时，后面的捕捉变量必须是引用捕捉。

int main() { // 只能用当前lambda局部域和捕捉的对象和全局对象 int a = 0, b = 1, c = 2, d = 3; // 混合捕捉1 auto func4 = [&, a, b] { //a++; //b++; c++; d++; return a + b + c + d; }; func4(); cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl; // 混合捕捉2 auto func5 = [=, &a, &b] { a++; b++; /*c++; d++;*/ return a + b + c + d; }; func5(); cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl; return 0; }

不能捕捉静态局部变量和全局变量

lambda 表达式如果在函数局部域中，他可以捕捉 lambda 位置之前定义的变量，不能捕捉静态局部变量和全局变量，静态局部变量和全局变量也不需要捕捉， lambda 表达式中可以直接使用。

这也意味着 lambda 表达式如果定义在全局位置，捕捉列表必须为空。

int x = 0; // 捕捉列表必须为空，因为全局变量不用捕捉就可以用，没有可被捕捉的变量 auto func1 = []() { x++; }; int main() { // 只能用当前lambda局部域和捕捉的对象和全局对象 int a = 0, b = 1, c = 2, d = 3; // 局部的静态和全局变量不能捕捉，也不需要捕捉 static int m = 0; auto func6 = [] { int ret = x + m; return ret; }; return 0; }

mutable 修饰符

默认情况下， 传值捕捉的对象是被const修饰的，也就是说传值捕捉过来的对象不能修改。

mutable加在参数列表的后面可以取消其常量性，也就说使用该修饰符后，传值捕捉的对象就可以修改了，但是修改还是形参对象，不会影响实参。

使用该修饰符后，参数列表不可省略(即使参数为空)。

int main() { // 只能用当前lambda局部域和捕捉的对象和全局对象 int a = 0, b = 1, c = 2, d = 3; // 传值捕捉本质是⼀种拷被,并且被const修饰了 // mutable相当于去掉const属性，可以修改了 // 但是修改了不会影响外面被捕捉的值，因为是⼀种拷贝 auto func7 = [=]()mutable { a++; b++; c++; d++; return a + b + c + d; }; cout << func7() << endl; cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl; return 0; }

3. lambda表达式的应用

在学习 lambda 表达式之前，我们的使用的可调用对象只有函数指针和仿函数对象，函数指针的类型定义起来比较麻烦，仿函数要定义一个类，相对会比较麻烦。使用 lambda 去定义可调用对象，既简单又方便。

lambda 在很多其他地方用起来也很好用。比如线程中定义线程的执行函数逻辑，智能指针中定制删除器等， lambda 的应用还是很广泛的，以后我们会不断接触到。

例如在下面的例子中，将lambda表达式直接作为可调用对象传给sort函数，不仅省去了仿函数的定义，而且将比较逻辑与sort函数绑定到一起，提高了可读性。

struct Goods { string _name; // 名字 double _price; // 价格 int _evaluate; // 评价 // ... Goods(const char* str, double price, int evaluate) :_name(str) , _price(price) , _evaluate(evaluate) {} }; struct ComparePriceLess { bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr) { return gl._price < gr._price; } }; struct ComparePriceGreater { bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr) { return gl._price > gr._price; } }; int main() { vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "⾹蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2, 3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } }; // 类似这样的场景，我们实现仿函数对象或者函数指针支持商品中 // 不同项的比较，相对还是⽐较麻烦的，那么这里lambda就很好用了 sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess()); sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater()); sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) { return g1._price < g2._price; }); sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) { return g1._price > g2._price; }); sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) { return g1._evaluate < g2._evaluate; }); sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) { return g1._evaluate > g2._evaluate; }); return 0; }

4. lambda表达式的原理

编译器在编译时，会根据我们所写的lambda表达式生成一个仿函数的类，并返回该类的对象。

仿函数的类名是编译按一定规则生成的，保证不同的 lambda 生成的类名不同，lambda参数/返回类型/函数体就是仿函数operator()的参数/返回类型/函数体。

lambda 的捕捉列表本质是生成的仿函数类的成员变量，也就是说捕捉列表的变量都是 lambda 类构造函数的实参，当然隐式捕捉，编译器要看使用哪些就传那些对象。

在下面这个例子中，r1和r2除了类名不同以外，是完全等价的。

class Rate { public: Rate(double rate) : _rate(rate) {} double operator()(double money, int year) { return money * _rate * year; } private: double _rate; }; int main() { double rate = 0.49; // 函数对象 Rate r1(rate); // lambda auto r2 = [rate](double money, int year) { return money * rate * year; }; r1(10000, 2); r2(10000, 2); return 0; }

我们可以使用编译器的转到反汇编的功能来看二者的底层是否一样：

r1(10000, 2); 00007FF71CBD1A18 mov r8d,2 00007FF71CBD1A1E movsd xmm1,mmword ptr [__real@40c3880000000000 (07FF71CBDBDA8h)] 00007FF71CBD1A26 lea rcx,[r1] 00007FF71CBD1A2A call Rate::operator() (07FF71CBD1172h) 00007FF71CBD1A2F nop r2(10000, 2); 00007FF71CBD1A30 mov r8d,2 00007FF71CBD1A36 movsd xmm1,mmword ptr [__real@40c3880000000000 (07FF71CBDBDA8h)] 00007FF71CBD1A3E lea rcx,[r2] 00007FF71CBD1A42 call `main'::`2'::<lambda_1>::operator() (07FF71CBD1EA0h) 00007FF71CBD1A47 nop

可以看到，二者都调用了 "operator()" 。

5. lambda递归调用

lambda表达式无法直接进行递归调用，例如下面的这段计算阶乘的代码是无法通过编译的：

#include <iostream> int main() { auto fact = [&](int n) -> int { if (n <= 1) return 1; return n * fact(n - 1); }; std::cout << fact(5) << std::endl; return 0; }

这是因为，lambda表达式内部不认识fact，因为在编译lambda表达式的时候，fact还未定义出来。

fact类型的推导和值的定义依赖于lambda表达式，而lambda表达式的定义也依赖于fact。

5.1 借助 std::function 捕获自身引用

#include <functional> #include <iostream> int main() { std::function<int(int)> fact; fact = [&](int n) -> int { if (n <= 1) return 1; return n * fact(n - 1); }; std::cout << fact(5) << std::endl; return 0; }

5.2 显式对象参数

C++23 的新特性 ——显式对象参数（Explicit Object Parameter）是目前最简洁、最现代的 lambda 递归写法.

核心是通过 this auto& 参数 让 lambda 直接 “持有自身引用”，无需依赖 std::function ，语法更直观，且无额外开销。

#include <iostream> int main() { auto fact = [&](this auto& fact, int n) -> int { if (n <= 1) return 1; return n * fact(n - 1); }; std::cout << fact(5) << std::endl; return 0; }