C++冷知识：Lambda表达式
什么是Lambda表达式
所谓lambda表达式，是一种为了更方便实现回调和简单逻辑的函数写法，应用于C++ 11的新特性中。
Lambda表达式是一种匿名函数，它可以作为参数传递给其他函数或方法。它通常用于函数式编程，可以简化代码并提高代码的可读性。
lambda 具体的构成分为 不可隐藏部分和可隐藏部分。全量写法是：[capture list](parameter list)->return type function body 速记为：[]()->return {}
详细介绍上面的写法是：
- capture list(捕获列表)是一个lambda所在函数中定义的局部变量的列表（通常为
空)： - return type、parameter list和function body与任何普通函数一样，分别表示返回类型、参数列表和函数体。但是，与普通函数不同，lambda必须使用尾置返回来指定返回类型。
可隐藏部分
我们可以忽略参数列表和返回类型，但必须永远包含捕获列表和函数体。如下
auto f = []{return 42;);
这里使用了 auto关键字，这是类型推断关键字。用来让编译器自行推断变量类型，简化代码风格。
其次就是简化后的lambda表达式。 这里我们简化了形参和返回类型显式声明。只留下局部变量捕获列表，和函数体。
不可隐藏部分
如上代码所述，局部变量捕获列表，和函数体。是lambda 表达式中不可省略的部分，这里要说明：[]是局部变量捕获列表，全局变量不在这里捕获。详细其他介绍请看下面的分结构解析部分。
{}是函数体部分，这里要说明的是，编译器会通过类型推定决定函数返回类型是什么，如果有除return 外的其他内容，将会认为应当返回void类型。 详细其他介绍请看下面的分结构解析部分。
lambda表达式和函数的区别
Lambda表达式和函数的区别在于，Lambda表达式是一种匿名函数，可以在代码中直接定义和使用，不需要像传统函数一样需要先定义再调用。Lambda表达式通常用于函数式编程，可以简化代码并提高代码的可读性。Lambda表达式可以作为参数传递给其他函数或方法，也可以在函数内部定义和使用。
而函数是一种有名字的代码块，需要先定义再调用。函数通常用于封装一段可重用的代码，可以接受参数并返回值。函数可以在程序的任何地方定义和调用，也可以作为参数传递给其他函数或方法。函数在C++中是一种重要的编程概念，可以帮助我们组织代码并提高代码的可维护性。
让我们换一种通俗的说法吧：
对于那种只在一两个地方使用的简单操作，lambda表达式是最有用的。如果我们需要在很多地方使用相同的操作，通常应该定义一个函数，而不是多次编写相同的lambda表达式。类似的，如果一个操作需要很多语句才能完成，通常使用函数更好。
调用方式
auto f = []{return 42;);
cout << f() << endl; // 打印结果是42
lambda表达式的使用方式是和函数一样的，当然，使用注意细节还是不一致的，比如，lambda表达式是不能在构造、析构函数中使用的，这就让我们最好不要用lambda表达式实现类似于 info()、close()之类的初始化和清理函数了。
分结构解析lambda表达式
[]
- 这是lambda表达式中必须的部分。
- 这里被称之捕获，捕获的对象是lambda表达式定义所在的作用域中的局部变量。
- 在lambda中忽略括号和参数列表等价于指定一个空参数列表。
- 在此例中，当调用f时，参数列表是空的。
- 如果忽略返回类型，lambda根据函数体中的代码推断出返回类型。如果函数体只是一个return语句，则返回类型从返回的表达式的类型推断而来。否则，返回类型为void。
这里被称之为捕获，而接下来，我们将要说明一下捕获的种类。
值捕获
同比与值拷贝，是将原值拷贝到新的内存空间中，修改原值时，不会修改拷贝值。
使用方法：[name] {} 这里的name 就是需要捕获的局部变量。
类似参数传递，变量的捕获方式也可以是值或引用。下面表中列出了几种不同的构造捕获列表的方式。
到目前为止，我们的lambda采用值捕获的方式。与传值参数类似，采用值捕获的前提是变量可以拷贝。与参数不同，被捕获的变量的值是在 lambda 创建时拷贝，而不是调用时拷贝：
void fcn1()
{
size_t v1=42;//局部变量
//将v1拷贝到名为f的可调用对象
auto f = [v1]{return vl;};
v1=0;
auto j=f();//j为42；f保存了我们创建它时v1的拷贝
}
由于被捕获变量的值是在lambda创建时拷贝，因此随后对其修改不会影响到lambda内对应的值。
引用捕获
我们定义lambda时可以采用引用方式捕获变量。例如：
void fcn2()
{
size t v1=42;//局部变量
//对象f2包含v1的引用
auto f2 = [&v1]{return vl;}
v1=0;
auto j=f2();//j为0；f2保存v1的引用，而非拷贝
}
v1之前的&指出v1应该以引用方式捕获。一个以引用方式捕获的变量与其他任何类型的引用的行为类似。当我们在lambda函数体内使用此变量时，实际上使用的是引用所绑定的对象。
在本例中，当lambda返回v1时，它返回的是vl指向的对象的值。
引用捕获与返回引用 有着相同的问题和限制。
- 如果我们采用引用方式捕获一个变量，就必须确保被引用的对象在lambda执行的时候是存在的。
lambda捕获的都是局部变量，这些变量在函数结束后就不复存在了。如果lambda可能在函数结束后执行，捕获的引用指向的局部变量已经消失。
引用捕获有时是必要的。
例如，我们可能希望biggies函数接受一个ostream的引用，用来输出数据，并接受一个字符作为分隔符：
void biggies(vector &words,
vector:size_type sz,
ostream &os = cout, char c = ' ')
{
//与之前例子一样的重排words的代码
//打印count的语句改为打印到os
for_each (words.begin(), words.end(),
[&os, c](const string &s) {os < 我们不能拷贝ostream对象 ，因此捕获os的唯一方法就是捕获其引用（或指向os的指针）。
当我们向一个函数传递一个lambda时，就像本例中调用for each那样，lambda
会立即执行。在此情况下，以引用方式捕获os没有问题，因为当for_each执行时，
biggies中的变量是存在的。
我们也可以从一个函数返回lambda。函数可以直接返回一个可调用对象，或者返回一
个类对象，该类含有可调用对象的数据成员。如果函数返回一个lambda,.则与函数不能返回一个局部变量的引用类似，此lambda也不能包含引用捕获。
隐式捕获
除了显式列出我们希望使用的来自所在函数的变量之外，还可以让编译器根据lambda体中的代码来推断我们要使用哪些变量。为了指示编译器推断捕获列表，应在捕获列表中写一个&或=。&告诉编译器采用捕获引用方式，=则表示采用值捕获方式。例如，我们可以重写传递给find_if的lambda:
//sz为隐式捕获，值捕获方式
wc = find_if (words.begin(), words.end(),
[=](const string &s){return s.size()>=sz;});
如果我们希望对一部分变量采用值捕获，对其他变量采用引用捕获，可以混合使用隐
式捕获和显式捕获：
void biggies (vector&words,
vector:size_type sz,
ostream &os = cout,char c =' ')
{
//其他处理与前例一样
//os隐式捕获，引用捕获方式；c显式捕获，值捕获方式
for_each (words.begin(), words.end(),
[& , c](const string &s)(os << s < 当我们混合使用隐式捕获和显式捕获时，捕获列表中的第一个元素必须是一个&或=。此符号指定了默认捕获方式为引用或值。
当混合使用隐式捕获和显式捕获时，显式捕获的变量必须使用与隐式捕获不同的方式。即，如果隐式捕获是引用方式（使用了&），则显式捕获命名变量必须采用值方式，因此不能在其名字前使用&。类似的，如果隐式捕获采用的是值方式（使用了=），则显式捕获命名变量必须采用引用方式，即，在名字前使用&。
lambda捕获列表
| 捕获写法 | 表示含义 |
|---|---|
[] |
空捕获列表。lambda不能使用所在函数中的变量。一个lambda只有捕获变量后才能使用它们 |
[name] |
names是一个逗号分隔的名字列表，这些名字都是lambda所在函数的局部变量。默认情况下，捕获列表中的变量都被拷贝。名字前如果使用了&，则采用引用捕获方式 |
[&] |
隐式捕获列表，采用引用捕获方式。ambda体中所使用的来自所在函数的实体都采用引用方式使用 |
[=] |
隐式捕获列表，采用值捕获方式。lambda体将拷贝所使用的来自所在函数的实体的值 |
[&, identifier_list] |
identifier_list是一个逗号分隔的列表，包含0个或多个来自所在函数的变量。这些变量采用值捕获方式，而任何隐式捕获的变量都采用引用方式捕获。identifier_list中的名字前面不能使用& |
[&, identifier_list] |
identifier_list中的变量都采用引用方式捕获，而任何隐式捕获的变量都采用值方式捕获。identifier_list中的名字不能包括this,且这些名字之前必须使用& |
捕获设置原则
- 建议：尽量保持lambda的变量捕获简单化
- 一个lambda捕获从lambda被创建（即，定义lambda的代码执行时）到lambda自身执行（可能有多次执行）这段时间内保存的相关信息。确保lambda每次执行的时候这些信息都有预期的意义，是程序员的责任。
- 捕获一个普通变量，如int、string或其他非指针类型，通常可以采用简单的值捕获方式。在此情况下，只需关注变量在捕获时是否有我们所需的值就可以了。
- 如果我们捕获一个指针或迭代器，或采用引用捕获方式，就必须确保在lambda执行时，绑定到迭代器、指针或引用的对象仍然存在。而且，需要保证对象具有预期的值。
- 在lambda从创建到它执行的这段时间内，可能有代码改变绑定的对象的值。也就是说，在指针（或引用）被捕获的时刻，绑定的对象的值是我们所期望的，但在lambda执行时，该对象的值可能已经完全不同了。
- 一般来说，我们应该尽量减少捕获的数据量，来避免潜在的捕获导致的问题。而且，如果可能的话，应该避免捕获指针或引用。
()
-
可隐藏部分，用来说明接受到的其他形参，这里的形参是不同于捕获需要的局部变量的。
-
他更多的是规定lambda的使用方式，当缺少参数时，它会表示：你不能这样使用我。
-
lambda表达式没有缺省值。也不能提供默认初始化。
-
[]是捕获列表，用于指定lambda表达式中使用的外部变量。可以使用[]来捕获外部变量，包括值捕获和引用捕获。值捕获会将外部变量的值复制到lambda表达式中，而引用捕获则会将外部变量的引用传递给lambda表达式。必须通过[]获取的情况包括：
- 当lambda表达式需要使用外部变量时，需要通过[]来捕获这些变量。
- 当lambda表达式中使用了this指针时，需要通过[]来捕获this指针。
-
()是参数列表，用于指定lambda表达式的参数。可以在()中指定lambda表达式的参数类型和名称，多个参数之间用逗号分隔。应当使用()获取的情况包括：
- 当lambda表达式需要接受参数时，需要通过()来指定这些参数。
->return type
- 可隐藏部分，规定了返回的类型。
- 如果忽略返回类型，lambda根据函数体中的代码推断出返回类型。如果函数体只是一个return语句，则返回类型从返回的表达式的类型推断而来。否则，返回类型为void。
在本例中，我们传递给transform一个lambda,它返回其参数的绝对值。lambda体是单一的return语句，返回一个条件表达式的结果。我们无须指定返回类型，因为可以根据条件运算符的类型推断出来。
但是，如果我们将程序改写为看起来是等价的if语句，就会产生编译错误：
//错误：不能推断lambda的返回类型
transform(vi.begin ()vi.end(),vi.begin (),
[](int i) {if (i < 0) return -i;else return i;});
编译器推断这个版本的lambda返回类型为void,但它返回了一个int值。
当我们需要为一个lambda定义返回类型时，必须使用尾置返回类型
//错误：不能推断lambda的返回类型
transform(vi.begin ()vi.end(),vi.begin (),
[](int i) -> int {if (i < 0) return -i;else return i;});
在此例中，传递给transform的第四个参数是一个lambda,它的捕获列表是空的，接受
单一int参数，返回一个int值。它的函数体是一个返回其参数的绝对值的if语句。
{}
可变lambda
默认情况下，对于一个值被拷贝的变量，lambda不会改变其值。如果我们希望能改变
一个被捕获的变量的值，就必须在参数列表首加上关键字 mutable。因此，可变lambda 能省略参数列表：
void fcn3()
{
size t v1=42;//局部变量
//f可以改变它所捕获的变量的值
auto f =[v1]() mutable {return ++vl;};
v1=0;
auto j=f();//j为43
}
一个引用捕获的变量是否（如往常一样）可以修改依赖于此引用指向的是一个cost
类型还是一个非const类型：
void fcn4()
{
s1zetv1=42;//局部变量
//v1是一个非const变量的引用
//可以通过f2中的引用来改变它
auto f2 =[&v1] {return ++v1;};
v1=0:
auto j=f2();//j为1
}
注意
- 如果lambda的函数体包含任何单一return语句之外的内容，且未指定返回类型，则返回void。
- 当以引用方式捕获一个变量时，必须保证在lambda执行时变量是存在的。
总结
lambda 表达式是一种C++11引入了lambda表达式，它是一种匿名函数，可以在代码中直接定义和使用，不需要像传统函数一样需要先定义再调用。Lambda表达式的语法形式为：[capture list] (parameter list) -> return type { function body }。
其中，capture list是捕获列表，用于指定lambda表达式中使用的外部变量；parameter list是参数列表，用于指定lambda表达式的参数；return type是返回类型，用于指定lambda表达式的返回值类型；function body是函数体，用于指定lambda表达式的具体实现。
下面是一个lambda表达式的使用示例：
auto sum = [](int a, int b) -> int { return a + b; }; int result = sum(1, 2); // result = 3
在这个示例中，我们定义了一个lambda表达式，它接受两个int类型的参数，返回它们的和。然后我们使用auto关键字将这个lambda表达式赋值给一个变量sum，最后调用sum函数计算1和2的和，将结果赋值给result变量。
Lambda表达式在C++中的应用场景包括：
- STL算法中的函数对象参数，如sort、find_if等；
- 多线程编程中的回调函数，如std::thread、std::async等；
- GUI编程中的事件处理函数，如Qt中的信号槽机制；
- 函数式编程中的高阶函数，如map、reduce等；
- 代码中需要频繁定义小型函数的场景，如排序、过滤等。