c++中如何使用lambda表达式_c++匿名函数基本语法与应用

C++ lambda 表达式是编译器生成的唯一闭包类型，语法为[捕获](参数)->返回类型{主体}，捕获方式影响生命周期安全，值捕获可复制、引用捕获易致悬垂，std::function有运行时开销，应优先用模板参数传递lambda。

lambda 表达式的基本语法结构

在 C++ 中，lambda 表达式不是“匿名函数”类型，而是一个可调用对象（闭包类型），编译器会为每个 lambda 生成一个唯一的、未命名的类。它的语法核心是：[capture](parameters) -> return_type { body }，其中 -> return_type 可省略（编译器自动推导），parameters 为空时括号也不能省略。

常见写法示例：

auto f1 = []() { return 42; };                    // 无捕获、无参、返回 int
auto f2 = [&](int x) { return x + a; };           // 按引用捕获外部变量 a
auto f3 = [a, b](double x) mutable { a++; return x * a; }; // 值捕获 a/b，mutable 允许修改副本

注意：mutable 关键字只对值捕获的变量生效；引用捕获的变量修改的是原变量，无需 mutable。

捕获列表（capture list）的常见错误与选择

捕获方式直接影响 lambda 的生命周期安全和行为，选错会导致悬垂引用、未定义行为或意外的只读语义。

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• [&]：隐式按引用捕获所有外部自动变量 —— 容易引发悬垂引用，尤其当 lambda 被返回或存储到作用域外时
• [=]：隐式按值捕获所有外部自动变量 —— 值拷贝可能开销大，且无法修改原变量（除非加 mutable）
• [this]：显式捕获当前对象指针，用于类内 lambda 访问成员 —— 若 lambda 生命周期超过对象本身，仍是悬垂指针
• [a, &b]：混合捕获 —— 必须确保被值捕获的变量（如 a）在 lambda 创建时有效，被引用捕获的（如 &b）在整个 lambda 使用期间仍有效

典型错误场景：std::thread t([&](){ do_something(); }); —— 若 t 在创建它的作用域结束后才执行，& 捕获的局部变量早已析构。

lambda 作为参数传给 STL 算法时的注意事项

STL 算法（如 std::sort、std::find_if、std::transform）接受可调用对象，lambda 是最常用形式。但需注意模板实例化和捕获带来的限制：

• lambda 类型是唯一的、不可名状的，不能直接写函数签名（如 void(std::string)）来声明形参，必须用 auto 或模板参数
• 若算法要求可复制（如 std::for_each），值捕获的 lambda 可复制；引用捕获的 lambda 通常不可复制（因引用成员不可复制）
• 捕获了局部变量的 lambda 不能用于需要静态存储期的上下文（例如作为 std::function 的默认参数，或跨线程传递时未同步生命周期）

正确用法示例：

std::vector v = {3, 1, 4, 1, 5};
std::sort(v.begin(), v.end(), [](int a, int b) { return a > b; }); // 无捕获，安全高效
int threshold = 10;
std::vector filtered;
std::copy_if(v.begin(), v.end(), std::back_inserter(filtered),
             [threshold](int x) { return x > threshold; }); // 值捕获，安全

lambda 和 std::function 的配合与性能代价

std::function 是类型擦除容器，能包装任意可调用对象（包括 lambda），但它有运行时开销：堆分配（小对象优化可能避免）、虚函数调用、额外存储。不要无脑用 std::function 包装短生命周期、局部使用的 lambda。

• 仅当需要类型擦除时才用：std::function 作为函数参数（接收不同 lambda）、存入容器、或延迟调用（如回调队列）
• 值捕获的 lambda 转 std::function 会触发一次拷贝；引用捕获的 lambda 转 std::function 后，若原变量已销毁，调用即 UB
• 替代方案：优先用模板参数（如 template）接收 lambda，零开销且支持完美转发

反模式示例：

void process(std::function cb) { cb(); }
// 调用时：process([]{ do_work(); }); // 不必要地引入 std::function 开销
// 更好写法：
template
void process(F&& cb) { std::forward(cb)(); }

真正容易被忽略的是：lambda 的捕获行为在模板推导中不透明，调试时难以查看捕获的变量值；一旦涉及跨作用域持有，必须手动验证生命周期 —— 编译器不会帮你检查悬垂引用。