Lambda表达式讲座：C++中的“匿名函数”大师班

各位程序员朋友们，大家好！今天我们要来聊一聊C++中一个非常酷炫的功能——Lambda表达式。如果你觉得它听起来很复杂，别担心，我会用轻松诙谐的方式带你全面了解这个强大的工具，并通过实战代码让你彻底掌握它。

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什么是Lambda表达式？

Lambda表达式是C++11引入的一种匿名函数机制。简单来说，它就是一个没有名字的函数，可以直接在代码中定义和使用。想象一下，你在写代码时需要一个临时的小功能，但又不想为它专门定义一个完整的函数，这时候Lambda就派上用场了。

国外的技术文档中经常提到，Lambda表达式的灵感来源于数学中的λ演算（Lambda Calculus）。虽然听起来很高大上，但实际上它的语法和用法都非常直观。

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Lambda表达式的基本结构

Lambda表达式的基本语法如下：

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

• [capture]：捕获列表，用于指定Lambda可以访问的外部变量。
• (parameters)：参数列表，与普通函数类似。
• -> return_type：返回类型（可选），如果Lambda的返回类型可以通过编译器推导，则可以省略。
• { body }：函数体，包含实际的逻辑代码。

示例代码

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

int main() {
    std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 使用Lambda表达式对向量中的每个元素进行平方操作
    std::for_each(nums.begin(), nums.end(), [](int x) {
        std::cout << x * x << " ";
    });

    return 0;
}

输出结果：

1 4 9 16 25

在这个例子中，[](int x) 就是一个简单的Lambda表达式，它接收一个整数参数 x 并打印其平方值。

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捕获列表详解

捕获列表是Lambda表达式的一个重要特性，它决定了Lambda可以访问哪些外部变量。以下是几种常见的捕获方式：

捕获方式	描述	示例
[=]	按值捕获所有外部变量	auto lambda = [=]() { return x + y; };
[&]	按引用捕获所有外部变量	auto lambda = [&]() { return x + y; };
[x, &y]	显式捕获变量 x 按值，y 按引用	auto lambda = [x, &y]() { return x + y; };
[this]	捕获当前类的 this 指针	auto lambda = [this]() { return this->value; };

示例代码

#include <iostream>

int main() {
    int x = 10;
    int y = 20;

    // 按值捕获
    auto byValue = [=]() { return x + y; };
    std::cout << "byValue: " << byValue() << std::endl;

    // 按引用捕获
    auto byReference = [&]() { return x + y; };
    x = 15; // 修改外部变量
    std::cout << "byReference: " << byReference() << std::endl;

    return 0;
}

输出结果：

byValue: 30
byReference: 35

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Lambda表达式的实战应用

1. 数据排序

Lambda表达式在排序算法中非常有用，尤其是当你需要自定义排序规则时。

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

int main() {
    std::vector<std::pair<int, std::string>> items = {
        {3, "Apple"}, {1, "Banana"}, {2, "Cherry"}
    };

    // 按第二个元素（字符串）升序排序
    std::sort(items.begin(), items.end(), [](const std::pair<int, std::string>& a, const std::pair<int, std::string>& b) {
        return a.second < b.second;
    });

    for (const auto& item : items) {
        std::cout << item.first << ": " << item.second << std::endl;
    }

    return 0;
}

输出结果：

1: Banana
3: Apple
2: Cherry

2. 异步任务

在多线程编程中，Lambda表达式可以用来定义异步任务。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>

void worker(int id) {
    std::cout << "Thread " << id << " is working...n";
}

int main() {
    std::thread t1([]() { worker(1); });
    std::thread t2([]() { worker(2); });

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

3. STL算法中的使用

Lambda表达式与STL算法简直是天作之合！以下是一个计算向量中所有偶数和的例子。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <numeric>

int main() {
    std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5, 6};

    int sum = std::accumulate(nums.begin(), nums.end(), 0, [](int acc, int x) {
        return (x % 2 == 0) ? acc + x : acc;
    });

    std::cout << "Sum of even numbers: " << sum << std::endl;

    return 0;
}

输出结果：

Sum of even numbers: 12

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总结

Lambda表达式是C++中一个非常强大且灵活的工具，它可以让代码更加简洁和优雅。通过捕获列表、参数列表和函数体的组合，我们可以快速实现各种功能，而无需定义额外的函数。

当然，Lambda表达式也有一些需要注意的地方，比如过度使用可能导致代码难以维护。因此，在实际开发中，我们需要根据具体情况权衡利弊。

希望今天的讲座能帮助你更好地理解和使用Lambda表达式！如果你有任何问题或想法，欢迎随时交流。祝你编程愉快！