C++精要分析lambda表达式的使用

通过lambda表达式，我们可以以简洁、灵活的方式定义一个匿名函数。在C++11标准中，引入了lambda表达式语法，可以帮助我们在C++中更加方便地使用匿名函数。下面是关于C++ lambda表达式使用的完整攻略。

1. lambda 表达式的基本语法

lambda表达式的一般形式为：

[capture list](parameters) mutable(optional) exception attribute -> return_type { function_body }

• 参数列表（parameters）：类似于函数的参数列表，可以包含多个参数，以逗号隔开。
• 可变性指示符（mutable）：表示lambda表达式中的代码是否能够修改其所捕获的值，在默认情况下，lambda表达式不会修改捕获的变量。
• 捕获列表（capture list）：表示lambda表达式所捕获的变量。
• 返回类型（return type）：表示lambda表达式的返回值类型。
• 函数体（function body）：包含lambda表达式的执行代码。

2. lambda 表达式的基本使用

下面是一个简单的示例，展示如何使用lambda表达式定义一个匿名函数：

auto f = [](int x, int y) { return x + y; };
int res = f(2, 3); // res 的值为 5

我们可以对lambda表达式进行赋值，然后像普通的函数一样进行调用。在这个例子中，lambda表达式定义了一个以x和y为参数的函数，返回x+y。定义lambda表达式时，可以使用任意支持的语法来指定函数体，只要保证函数体可以返回类型正确的值即可。

3. lambda 表达式捕获变量

在lambda表达式中，捕获变量是一个很重要的概念，它允许我们访问在lambda表达式范围外的变量。捕获的变量可以是全局变量、静态变量、局部变量、形参以及this指针。在捕获变量时，lambda表达式通过以下方式对捕获的变量进行区分：

• 按值捕获：以值传递方式捕获变量。
• 引用捕获：以引用传递方式捕获变量。

以下示例展示了lambda表达式中的值捕获和引用捕获的区别：

int x = 2;
auto f1 = [x]() { return x; }; // 值捕获，x 的值被复制
auto f2 = [&x]() { return x; }; // 引用捕获，x 的引用被传递
x = 5;
int res1 = f1(); // res1 的值为 2
int res2 = f2(); // res2 的值为 5

在这个示例中，我们定义了一个变量x，然后定义了两个lambda表达式，一个以值捕获方式，一个以引用捕获方式捕获变量x。接着，我们改变了变量x的值，然后调用两个lambda表达式，它们分别返回新的和旧的变量x的值。值捕获的lambda表达式得到的是捕获时变量的值，而引用捕获的lambda表达式得到的是变量被修改后的值。

4. lambda 表达式使用示例

下面是两个使用lambda表达式的示例：

4.1 排序算法

在排序算法中，我们可以使用lambda表达式作为排序算法的比较函数。以下是一个以lambda表达式为比较函数的快速排序算法示例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

using namespace std;

void quicksort(vector<int>& vec) {
    if (vec.size() <= 1)
        return;
    else {
        int pivot = vec[vec.size() / 2];
        vector<int> left;
        vector<int> right;
        vector<int> pivot_list;
        for (int i:vec) {
            if (i < pivot) {
                left.push_back(i);
            }
            else if (i > pivot) {
                right.push_back(i);
            }
            else {
                pivot_list.push_back(i);
            }
        }
        quicksort(left);
        quicksort(right);
        vec.clear();
        vec.insert(vec.end(), left.begin(), left.end());
        vec.insert(vec.end(), pivot_list.begin(), pivot_list.end());
        vec.insert(vec.end(), right.begin(), right.end());
    }
}

int main() {
    vector<int> vec {5, 3, 9, 7, 2, 4, 1, 8, 6};
    auto cmp = [](int a, int b) { return a < b; }; // lambda表达式作为比较函数
    sort(vec.begin(), vec.end(), cmp);
    for (auto i:vec) {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个函数quicksort，它以vector作为参数，使用lambda表达式作为比较函数进行排序。在主函数中，我们定义了一个vector，然后定义了一个lambda表达式作为比较函数传递给sort函数，输出已排序的vector。

4.2 使用STL算法和lambda表达式

在使用STL算法时，我们通常需要使用函数对象（functor），例如less、greater等。在C++11中，我们可以使用lambda表达式代替函数对象，使代码更加清晰。以下是一个示例，展示了如何使用lambda表达式和for_each算法对vector进行求和：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> vec {1, 2, 3, 4, 5};
    int sum = 0;
    auto add_sum = [&sum](int n) { sum += n; }; // lambda表达式作为函数对象
    for_each(vec.begin(), vec.end(), add_sum);
    cout << "Sum is " << sum << endl;
    return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个vector，然后定义了一个lambda表达式作为函数对象，使用for_each算法对vector中所有元素进行了求和。在lambda表达式中，我们捕获了变量sum，并将每个元素加入sum中。最后，我们输出了求和结果。