C++ 11中关于Lambda表达式（匿名函数）

C++ 98/03

C++ 98/03标准并不原生支持匿名函数。不过可以利用Boost库的Boost.Lambda来实现一个匿名函数。

C++11

初步了解：

很多语言都提供了 lambda 表达式，如 Python，Java 8。lambda 表达式可以方便地构造匿名函数，如果你的代码里面存在大量的小函数，而这些函数一般只被调用一次，那么不妨将他们重构成 lambda 表达式。

C++11 的 lambda 表达式规范如下：

[ capture ] ( params ) mutableexception attribute -> ret { body }	(1)
[ capture ] ( params ) -> ret { body }	(2)
[ capture ] ( params ) { body }	(3)
[ capture ] { body }	(4)

其中

(1) 是完整的 lambda 表达式形式，
(2) const 类型的 lambda 表达式，该类型的表达式不能改捕获("capture")列表中的值。
(3)省略了返回值类型的 lambda 表达式，但是该 lambda 表达式的返回类型可以按照下列规则推演出来：

如果 lambda 代码块中包含了 return 语句，则该 lambda 表达式的返回类型由 return 语句的返回类型确定。
如果没有 return 语句，则类似 void f(...) 函数。

省略了参数列表，类似于无参函数 f()。

mutable 修饰符说明 lambda 表达式体内的代码可以修改被捕获的变量，并且可以访问被捕获对象的 non-const 方法。

exception 说明 lambda 表达式是否抛出异常(

noexcept

)，以及抛出何种异常，类似于void f()throw(X,
Y)。

attribute 用来声明属性。

另外，capture 指定了在可见域范围内 lambda 表达式的代码内可见得外部变量的列表，具体解释如下：

[a,&b]

a变量以值的方式呗捕获，b以引用的方式被捕获。

[this]

以值的方式捕获 this 指针。

[&]

以引用的方式捕获所有的外部自动变量。

[=]

以值的方式捕获所有的外部自动变量。

[]

不捕获外部的任何变量。

1、空。没有使用任何函数对象参数。

2、=。函数体内可以使用Lambda所在作用范围内所有可见的局部变量（包括Lambda所在类的this），并且是值传递方式（相当于编译器自动为我们按值传递了所有局部变量）。

3、&。函数体内可以使用Lambda所在作用范围内所有可见的局部变量（包括Lambda所在类的this），并且是引用传递方式（相当于编译器自动为我们按引用传递了所有局部变量）。

4、this。函数体内可以使用Lambda所在类中的成员变量。

5、a。将a按值进行传递。按值进行传递时，函数体内不能修改传递进来的a的拷贝，因为默认情况下函数是const的。要修改传递进来的a的拷贝，可以添加mutable修饰符。

6、&a。将a按引用进行传递。

7、a, &b。将a按值进行传递，b按引用进行传递。

8、=，&a, &b。除a和b按引用进行传递外，其他参数都按值进行传递。

9、&, a, b。除a和b按值进行传递外，其他参数都按引用进行传递。

此外，params 指定 lambda 表达式的参数。

详解：

C++11标准提供了匿名函数的支持，在《ISO/IEC 14882:2011》（C++11标准文档）中叫做lambda表达式[10]。一个lambda表达式有如下的形式：

[capture] (parameters) mutable exception attribute -> return_type { body }

必须用方括号括起来的capture列表来开始一个lambda表达式的定义。

lambda函数的形参表比普通函数的形参表多了3条限制：

参数不能有缺省值
不能有可变长参数列表
不能有无名参数

如果lambda函数没有形参且没有mutable、exception或attribute声明，那么参数的空圆括号可以省略。但如果需要给出mutable、exception或attribute声明，那么参数即使为空，圆括号也不能省略。

如果函数体只有一个return语句，或者返回值类型为void，那么返回值类型声明可以被省略：

[capture](parameters){body}

一个lambda函数的例子如下：

[](int x, int y) { return x + y; } // 從return語句中隱式獲得的返回值類型
[](int& x) { ++x; }   // 沒有return語句 -> lambda函數的返回值為void
[]() { ++global_x; }  // 沒有參數，僅僅是訪問一個全局變量
[]{ ++global_x; }     // 與前者相同，()可以被省略

这个无名函数的返回值是

decltype(x+y)

（在上面的第一个例子中）。如果lambda函数体的形式是

returnexpression

，或者什么也每返回，或者所有返回语句用

decltype

都能检测到同一类型，那么返回值类型可以被省略。

返回值类型可以显式指定，如下所示：

[](int x, int y) -> int { int z = x + y; return z; }

在这个例子中，一个临时变量，

z

，被创建来储存中间过程。与一般的函数一样，中间值在调用的前后并不存在。什么也没有返回的lambda表达式无需显式指定返回值，没有必要写

-> void

代码。

lambda函数可以捕获lambda函数外的具有automatic storage duration的变量。函数体与这些变量的集合合起来称做闭包。这些外部变量在声明lambda表达式时列在在方括号

[

和

]

中。空的方括号表示没有外界变量被capture。这些变量被传值捕获或者引用捕获。对于传值捕获的变量，默认为只读。修改这些变量将导致编译报错。但在lambda表达式的参数表的圆括号后面使用mutable关键字，就允许lambda函数体内的语句修改传值引用的变量，这些修改与lambda表达式（实际上是用函数对象实现）有相同的生命期，但不影响被传值捕获的外部变量的值。lambda函数可以直接使用具有static存储期的变量。如果在lambda函数的捕获列表中给出了static存储期的变量，编译时会给出警告，仍然按照lambda函数直接使用这些外部变量来处理。因此具有static存储期的变量即使被声明为传值捕获，修改该变量实际上直接修改了这些外部变量。编译器生成lambda函数对应的函数对象时，不会用函数对象的数据成员来保持被“捕获”的static存储期的变量。示例：

[]        // 沒有定義任何變量，但必须列出空的方括号。在Lambda表達式中嘗試使用任何外部變量都會導致編譯錯誤。
[x, &y]   // x是按值傳遞，y是按引用傳遞
[&]       // 任何被使用到的外部變量都按引用傳入。
[=]       // 任何被使用到的外部變量都按值傳入。
[&, x]    // x按值傳入。其它變量按引用傳入。
[=, &z]   // z按引用傳入。其它變量按值傳入。

下面这个例子展示了lambda表达式的使用：

std::vector<int> some_list{ 1, 2, 3, 4, 5 };
int total = 0;
std::for_each(begin(some_list), end(some_list),
[&total](int x) {  total += x; }
);

在类的非静态成员函数中定义的lambda表达式可以显式或隐式捕捉

this

指针，从而可以引用所在类对象的数据成员与函数成员。

lambda函数的函数体中，可以访问下述变量：

函数参数
局部声明的变量
类数据成员（当函数声明在类中）
具有静态存储期的变量（如全局变量）
被捕获的外部变量

显式捕获的变量
隐式捕获的变量，使用默认捕获模式（传值或引用）来访问。

lambda函数的数据类型是函数对象，保存时必须用

std::function

模板类型或

auto

关键字，或用

auto

关键字。例如：

#include <functional>
#include <vector>
#include <iostream>

double eval(std::function <double(double)> f, double x = 2.0)
{
return f(x);
}

int main()
{
std::function<double(double)> f0    = [](double x){return 1;};
auto                          f1    = [](double x){return x;};
decltype(f0)                  fa[3] = {f0,f1,[](double x){return x*x;}};
std::vector<decltype(f0)>     fv    = {f0,f1};
fv.push_back                  ([](double x){return x*x;});
for(int i=0;i<fv.size();i++)
std::cout << fv[i](2.0) << std::endl;
for(int i=0;i<3;i++)
std::cout << fa[i](2.0) << std::endl;
for(auto &f : fv)
std::cout << f(2.0) << std::endl;
for(auto &f : fa)
std::cout << f(2.0) << std::endl;
std::cout << eval(f0) << std::endl;
std::cout << eval(f1) << std::endl;
std::cout << eval([](double x){return x*x;}) << std::endl;
return 0;
}

一个lambda函数的捕捉表达式为空，则可以用普通函数指针存储或调用。例如：

auto a_lambda_func = [](int x) { /*...*/ };
void (* func_ptr)(int) = a_lambda_func;
func_ptr(4); //calls the lambda.