C++11 Lambda表示式（匿名函數）詳解

使用 STL 時，往往會大量用到函數物件，為此要編寫很多函數物件類。有的函數物件類只用來定義了一個物件，而且這個物件也只使用了一次，編寫這樣的函數物件類就有點浪費。

而且，定義函數物件類的地方和使用函數物件的地方可能相隔較遠，看到函數物件，想要檢視其 operator() 成員函數到底是做什麼的也會比較麻煩。

對於只使用一次的函數物件類，能否直接在使用它的地方定義呢？Lambda 表示式能夠解決這個問題。使用 Lambda 表示式可以減少程式中函數物件類的數量，使得程式更加優雅。

Lambda 表示式的定義形式如下：

[外部變數存取方式說明符] (參數列) -> 返回值型別
{
語句塊
}

其中，“外部變數存取方式說明符”可以是=或&，表示{}中用到的、定義在{}外面的變數在{}中是否允許被改變。=表示不允許，&表示允許。當然，在{}中也可以不使用定義在外面的變數。“-> 返回值型別”可以省略。

下面是一個合法的Lambda表示式：

[=] (int x, int y) -> bool {return x%10 < y%10; }

Lambda 表示式實際上是一個函數，只是它沒有名字。下面的程式段使用了上面的 Lambda 表示式：

int a[4] = {11, 2, 33, 4};
sort(a, a+4, [=](int x, int y) -> bool { return x%10 < y%10; } );
for_each(a, a+4, [=](int x) { cout << x << " ";} );

這段程的輸出結果是：
11 2 33 4

程式第 2 行使得陣列 a 按個位數從小到大排序。具體的原理是：sort 在執行過程中，需要判斷兩個元素 x、y 的大小時，會以 x、y 作為引數，呼叫 Lambda 表示式所代表的函數，並根據返回值來判斷 x、y 的大小。這樣，就不用專門編寫一個函數物件類了。

第 3 行，for_each 的第 3 個引數是一個 Lambda 表示式。for_each 執行過程中會依次以每個元素作為引數呼叫它，因此每個元素都被輸出。

下面是用到了外部變數的Lambda表示式的程式：

#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main()
{
    int a[4] = { 1, 2, 3, 4 };
    int total = 0;
    for_each(a, a + 4, [&](int & x) { total += x; x *= 2; });
    cout << total << endl;  //輸出 10
    for_each(a, a + 4, [=](int x) { cout << x << " "; });
    return 0;
}

程式的輸出結果如下：
10
2 4 6 8

第 8 行，[&]表示該 Lambda 表示式中用到的外部變數 total 是傳參照的，其值可以在表示式執行過程中被改變（如果使用[=]，編譯無法通過）。該 Lambda 表示式每次被 for_each 執行時，都將 a 中的一個元素累加到 total 上，然後將該元素加倍。

實際上，“外部變數存取方式說明符”還可以有更加複雜和靈活的用法。例如：

[=, &x, &y]表示外部變數 x、y 的值可以被修改，其餘外部變數不能被修改；
[&, x, y]表示除 x、y 以外的外部變數，值都可以被修改。

例如下面的程式：

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{   
    int x = 100,y=200,z=300;
    auto ff  = [=,&y,&z](int n) {
        cout <<x << endl;
        y++; z++;
        return n*n;
    };
    cout << ff(15) << endl;
    cout << y << "," << z << endl;
}

程式的輸出結果如下：
100
225
201, 301

第 6 行定義了一個變數 ff，ff 的型別是 auto，表示由編譯器自動判斷其型別（這也是 C++11 的新特性）。本行將一個 Lambda 表示式賦值給 ff，以後就可以通過 ff 來呼叫該 Lambda 表示式了。

第 11 行通過 ff，以 15 作為引數 n 呼叫上面的 Lambda 表示式。該 Lambda 表示式指明，對於外部變數 y、z，可以修改其值；對於其他外部變數，例如 x，不能修改其值。因此在該表示式執行時，可以修改外部變數 y、z 的值，但如果出現試圖修改 x 值的語句，就會編譯出錯。