• 简介
• 捕获
• 原理
• Lambda回调
• 参考

简介

Lambda 表达式（lambda expression）是一个匿名函数，Lambda表达式基于数学中的λ演算得名，直接对应于其中的lambda抽象（lambda abstraction），是一个匿名函数，即没有函数名的函数。Lambda表达式可以表示闭包（注意和数学传统意义上的不同）。
闭包就是能够读取其他函数内部变量的函数，可以理解成“定义在一个函数内部的函数“。在本质上，闭包是将函数内部和函数外部连接起来的桥梁。
C++中的Lambda表达式从C++11开始引入，完整的声明如下：

[ 捕获 ] <模板形参> 约束(可选)
( 形参 ) lambda说明符 约束(可选) { 函数体 }

上面的 <模板形参>、约束(可选)、lambda说明符 属于较新的标准（c++17起），一般用的比较少，后面主要说明 [ 捕获 ] 部分。
形参和函数体 与具名函数的定义一致，没有区别。

一个简单的Lambda表达式应用场景，代码如下：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> vec{ 3, 4 };
    //降序排序
    sort(vec.begin(), vec.end(), [](int a, int b) {return a > b; });
    for (size_t i = 0; i < vec.size(); i++)
    {
        cout << vec[i] << endl;
    }
}

捕获

捕获是一个含有零或更多个捕获符的逗号分隔列表，可以默认捕获符开始。
默认捕获符只有 &（以引用隐式捕获被使用的自动变量）和=（以**复制隐式捕获被使用的自动变量）。

• 当默认捕获符是 & 时，后继的简单捕获符不能以 & 开始。

struct S2 { void f(int i); };
void S2::f(int i)
{
    [&]{};          // OK：默认以引用捕获
    [&, i]{};       // OK：以引用捕获，但 i 以值捕获
    [&, &i] {};     // 错误：以引用捕获为默认时的以引用捕获
    [&, this] {};   // OK：等价于 [&]
    [&, this, i]{}; // OK：等价于 [&, i]
}

• 当默认捕获符是 = 时，后继的简单捕获符必须以 & 开始，或者为 *this (C++17 起) 或 this (C++20 起)。

struct S2 { void f(int i); };
void S2::f(int i)
{
    [=]{};          // OK：默认以复制捕获
    [=, &i]{};      // OK：以复制捕获，但 i 以引用捕获
    [=, *this]{};   // C++17 前：错误：无效语法
                    // C++17 起：OK：以复制捕获外围的 S2
    [=, this] {};   // C++20 前：错误：= 为默认时的 this
                    // C++20 起：OK：同 [=]
}

• 任何捕获符只可以出现一次，并且名字不能与形参相同：

struct S2 { void f(int i); };
void S2::f(int i)
{
    [i, i] {};        // 错误：i 重复
    [this, *this] {}; // 错误："this" 重复（C++17）
 
    [i] (int i) {};   // 错误：形参和捕获的名字相同
}

上面出现的两个特殊的捕获符作用如下：

• this：当前对象的简单的以引用捕获
• * this：当前对象的简单的以复制捕获

原理

先建一个简单的Lambda表达式示例，代码如下：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main()
{
    int sum = 0;
    int std = 1;
    vector<int> vec{ 3, 4 };    
    for_each(vec.begin(), vec.end(), [&sum,std](int x) {sum += (x+std); });
    cout << sum << endl;
}

然后在C++ Insights中查看Lambda表达式展开后的代码，完整代码如下：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main()
{
  int sum = 0;
  int std = 1;
  std::vector<int, std::allocator<int> > vec = std::vector<int, std::allocator<int> >{std::initializer_list<int>{3, 4}, std::allocator<int>()};
    
  class __lambda_11_38
  {
    public: 
    inline void operator()(int x) const
    {
      sum = sum + (x + std);
    }
    
    private: 
    int & sum;
    int std;
    public: 
    // inline /*constexpr */ __lambda_11_38(__lambda_11_38 &&) noexcept = default;
    __lambda_11_38(int & _sum, int & _std)
    : sum{_sum}
    , std{_std}
    {}
    
  };
  
  std::for_each(__gnu_cxx::__normal_iterator<int *, std::vector<int, std::allocator<int> > >(vec.begin()), __gnu_cxx::__normal_iterator<int *, std::vector<int, std::allocator<int> > >(vec.end()), __lambda_11_38(__lambda_11_38{sum, std}));
  std::cout.operator<<(sum).operator<<(std::endl);
  return 0;
}

可以看到Lambda表达式展开为类__lambda_11_38，捕获的外部变量赋值到类的成员变量上，引用捕获以指针赋值，复制捕获直接拷贝。
类__lambda_11_38重载了操作符()，它其实就是一个仿函数。

Lambda回调

在C++中可以使用模板、函数指针、抽象类和Lambda实现回调的效果，此处主要说明如何使用Lambda和function在同步线程中实现回调的效果。
类模板 std::function 是通用多态函数包装器，实例能存储、复制及调用任何可复制构造 (CopyConstructible) 的可调用 (Callable) 目标——函数、 lambda 表达式、 bind 表达式或其他函数对象，还有指向成员函数指针和指向数据成员指针。
若 std::function 不含目标，则称它为空，调用空 std::function 的目标导致抛出 std::bad_function_call 异常。

一个简单的Lambda回调，类似于C#中的事件，代码如下：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <functional>
using namespace std;

class Test
{
public:
    function<void(const int& num)> Func;
    void SetNum(int num) 
    {
        nowNum = num;
        OnFunc(nowNum);
    }
private:
    int nowNum;
    void OnFunc(const int& num)
    {
        if (Func)
        {
            // 在此处回调
            Func(num);		
        }
    }
};
int main()
{
    Test test;
    test.Func = [](const int& num)
    {
        cout << num << endl;
    };
    test.SetNum(100);
}

参考

• Lambda 表达式
• std::function
• C++11之lambda回调设置与应用