前言：
随着 C++11 的发布，C++ 标准引入了许多新特性，使语言更加现代化，开发者编写的代码也变得更加简洁和易于维护。Lambda 表达式是其中一个重要的特性，它提供了一种方便的方式来定义匿名函数，这在函数式编程范式中非常常见。Lambda 表达式允许我们在函数内部定义小型的无名函数，减少了不必要的函数定义和代码冗余，是现代 C++ 开发的重要工具。
本文将详细介绍 C++11 中 Lambda 表达式的语法、使用场景、捕获机制以及高级应用，帮助读者充分理解并应用这个特性。
一、Lambda 表达式的基础
Lambda 表达式的基本语法如下：
[capture] (parameters) -> return_type { body }
capture（捕获列表）：定义了哪些外部变量会被“捕获”并在lambda表达式内部使用。它可以按值或按引用捕获。parameters（参数列表）：与普通函数的参数列表相似，定义了传递给lambda的参数。return_type（返回类型）：指定返回类型，C++11 可以自动推导返回类型，因此该部分可以省略。body（函数体）：lambda 实际执行的代码块。
一个简单的 Lambda 表达式示例：
auto add = [](int a, int b) -> int { return a + b; };
std::cout << add(5, 3) << std::endl; // 输出 8
这里我们定义了一个接受两个 int 参数并返回它们之和的匿名函数。lambda 通过 [] 定义了捕获列表，(int a, int b) 是参数列表，-> int 是返回类型，而函数体 { return a + b; } 执行了实际的操作。
二、捕获列表
捕获列表定义了 lambda 可以使用的外部变量。捕获方式分为两种：按值捕获和按引用捕获。通过不同的捕获方式，可以控制 lambda 对外部变量的访问和修改行为。
1. 不捕获任何变量
如果 lambda 不需要使用任何外部变量，可以使用空捕获列表：
auto sayHello = []() { std::cout << "Hello, World!" << std::endl; };
sayHello(); // 输出：Hello, World!
2. 按值捕获（=）
按值捕获意味着 lambda 内部得到的是捕获变量的副本，因此在 lambda 内对该变量的修改不会影响外部变量。
int x = 10;
auto captureByValue = [x]() { std::cout << x << std::endl; };
x = 20;
captureByValue(); // 输出 10
在上面的例子中，虽然我们在 lambda 定义之后修改了 x 的值，但 lambda 捕获的是 x 的副本，因此输出的仍然是 10。
3. 按引用捕获（&）
按引用捕获则允许 lambda 直接访问外部变量并修改它的值。
int x = 10;
auto captureByReference = [&x]() { x += 10; };
captureByReference();
std::cout << x << std::endl; // 输出 20
这里我们通过 &x 将 x 按引用捕获，因此在 lambda 中对 x 的修改会直接影响外部变量。
4. 捕获特定变量
可以只捕获特定的变量，而不是捕获所有外部变量。捕获方式可以是按值或按引用：
int a = 5, b = 10;
auto captureSpecific = [a, &b]() {
std::cout << "a: " << a << std::endl;
std::cout << "b: " << b << std::endl;
b = 20;
};
captureSpecific();
std::cout << "b: " << b << std::endl; // 输出 20
在这个例子中，a 被按值捕获，b 被按引用捕获。lambda 内部修改了 b，而外部的 b 也受到了影响。
5. 捕获所有变量（[=] 和 [&]）
[=]：按值捕获所有外部变量。[&]：按引用捕获所有外部变量。
int x = 5, y = 10;
auto captureAllByValue = [=]() {
std::cout << "x: " << x << ", y: " << y << std::endl;
};
captureAllByValue(); // 输出：x: 5, y: 10
auto captureAllByReference = [&]() {
x += 10;
y += 10;
};
captureAllByReference();
std::cout << "x: " << x << ", y: " << y << std::endl; // 输出：x: 15, y: 20
通过 [=]，lambda 按值捕获了 x 和 y，因此即使在外部修改了 x 和 y，lambda 内的 x 和 y 仍然保持不变。而通过 [&]，lambda 可以直接修改外部的 x 和 y。
三、Lambda 表达式的返回类型
在 C++11 中，lambda 的返回类型可以自动推导，也可以显式指定。通常，如果 lambda 体中只有一个 return 语句，编译器会自动推导返回类型：
auto add = [](int a, int b) { return a + b; };
std::cout << add(3, 4) << std::endl; // 输出 7
如果 lambda 体中有复杂的逻辑或多个 return 语句，建议使用 -> 明确指定返回类型：
auto complexLambda = [](int a, int b) -> int {
if (a > b) return a;
else return b;
};
std::cout << complexLambda(3, 4) << std::endl; // 输出 4
自动推导有时会导致问题，特别是当 lambda 返回一个引用或指针时，明确返回类型显得尤为重要。
四、Lambda 的常见使用场景
1. 用于标准算法
C++ 标准库中提供了许多算法，如 std::sort、std::for_each 等，lambda 可以很方便地作为这些算法的回调函数使用。
std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
std::for_each(v.begin(), v.end(), [](int &n) { n *= 2; });
for (auto n : v) std::cout << n << " "; // 输出 2 4 6 8 10
在这个例子中，lambda 作为 std::for_each 的参数，将每个元素乘以 2。
2. 用于排序
使用 lambda 作为自定义排序条件，可以让排序更加灵活。
std::vector<int> v = {5, 2, 9, 1, 5, 6};
std::sort(v.begin(), v.end(), [](int a, int b) { return a > b; });
for (auto n : v) std::cout << n << " "; // 输出 9 6 5 5 2 1
这里，我们通过 lambda 定义了一个降序排序的条件。
3. 用于事件回调
在 GUI 或网络编程中，lambda 常用于定义事件的回调函数。例如，在按钮点击事件中：
button.onClick([]() {
std::cout << "Button clicked!" << std::endl;
});
lambda 作为回调函数的使用使得代码更加简洁。
五、Lambda 表达式的高级用法
1. 捕获 this 指针
在类成员函数中，lambda 可以通过 [this] 捕获当前对象的 this 指针，这样就可以访问类的成员变量和成员函数。
class MyClass {
public:
int value = 42;
void printValue() {
auto lambda = [this]() {
std::cout << "Value: " << value << std::endl;
};
lambda();
}
};
int main() {
MyClass obj;
obj.printValue(); // 输出：Value: 42
}
通过捕获 this 指针，lambda 可以访问和修改对象的成员。
2. 可变的 Lambda 表达式
默认情况下，lambda 是不可修改其捕获的值的。如果需要修改捕获的值，可以在捕获列表后加上 mutable 关键字：
int
x = 10;
auto mutableLambda = [x]() mutable {
x += 10;
std::cout << "Inside lambda: " << x << std::endl;
};
mutableLambda();
std::cout << "Outside lambda: " << x << std::endl; // 输出：Outside lambda: 10
mutable 使得 x 可以在 lambda 内部被修改，但不会影响外部的 x。
六、结语
C++11 的 Lambda 表达式为开发者提供了一种高效、简洁的方式来定义匿名函数，极大地增强了 C++ 的表达能力。理解并掌握 lambda 的使用方式，将有助于写出更现代、更易读的 C++ 代码 参考。
