一、C++11为什么要引入Lambda表达式？
编写程序时，往往会大量用到函数，为此要编写很多类。有的类只用来定义了一个函数成员，而且这个函数也只使用了一次，编写这样的类就有点浪费。而且，定义类的地方和使用成员函数的地方可能相隔较远，查看其 operator() 成员函数也比较麻烦。
对于只使用一次的类，能否直接在使用它的地方定义呢？所以 C++11 引入了 Lambda 表达式，这样就可以减少程序中类的数量，使得程序更加优雅。而且可以避免想函数名了，其实有时候取名字真的是件麻烦事。
现在就可以看出 Lambda 表达式的使用场景了：
在你的整个项目编程中，你独立出来一个函数，但这个函数实现相对简单并且可能在整个项目只使用了一次(即不存在复用的情况)，那么这个时候就可以考虑使用下 Lambda 表达式了，这样可以让代码更加紧凑，更加容易维护。
二、概述
Lambda 表达式，顾名思义，它是一个表达式，和常规函数表达式不同的是它是“匿名”的，也就是没有函数名的表达式（简称匿名表达式）。利用 Lambda 表达式，可以方便的定义和创建匿名函数。
对于 C++ 这门语言来说来说，“Lambda 表达式”或“匿名函数”这些概念听起来好像很深奥，但很多高级语言在很早以前就已经提供了 Lambda 表达式的功能，如 C#，Python，JAVA 等。
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)。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。例如在 javascript 中，只有函数内部的子函数才能读取局部变量，所以闭包可以理解成“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。这句话里面重点，闭包是一个函数内部的函数，可以读取它所关联函数的局部变量。
三、函数原型
Lambda 表达式的函数原型如下：
[capture list] (params list) mutable exception-> return type { function body }
各项具体含义如下：
- capture list：捕获外部变量列表
- params list：形参列表
- mutable指示符：用来说用是否可以修改捕获的变量
- exception：异常设定
- return type：返回类型
- function body：函数体
此外，我们还可以省略其中的某些成分来声明“不完整”的 Lambda 表达式，常见的有以下几种：
// 格式1
[capture list] (params list) -> return type {function body}
// 格式2
[capture list] (params list) {function body}
// 格式3
[capture list] {function body}
其中：
- 格式 1 声明了 const 类型的表达式，这种类型的表达式不能修改捕获列表中的值。
- 格式 2 省略了返回值类型，但编译器可以根据以下规则推断出 Lambda 表达式的返回类型：（1）：如果 function body 中存在 return 语句，则该 Lambda 表达式的返回类型由return语句的返回类型确定；（2）：如果 function body 中没有 return 语句，则返回值为 void 类型。
- 格式 3 中省略了参数列表，类似普通函数中的无参函数。
四、简单示例
讲了这么多，我们还没有看到 Lambda 表达式的庐山真面目，下面看一个例子：
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
bool compare(int a, int b)
{
return a < b;
}
int main()
{
std::vector<int> myvec{ 3, 2, 5, 7, 3, 2 };
std::vector<int> lbvec(myvec);
// 旧式做法
sort(myvec.begin(), myvec.end(), compare);
std::cout << "predicate function:" << std::endl;
for (int it : myvec)
std::cout << it << ' ';
std::cout << std::endl;
// Lambda表达式
sort(lbvec.begin(), lbvec.end(), [](int a, int b) -> bool { return a < b; });
std::cout << "lambda expression:" << std::endl;
for (int it : lbvec)
std::cout << it << ' ';
}
在 C++11 之前，我们使用 STL 的 sort 函数，需要提供一个谓词函数。如果使用 C++11 的 Lambda 表达式，我们只需要传入一个匿名函数即可，方便简洁，而且代码的可读性也比旧式的做法好多了。
五、捕获外部变量
Lambda 表达式可以使用其可见范围内的外部变量，但必须明确声明（明确声明哪些外部变量可以被该 Lambda 表达式使用）。那么，在哪里指定这些外部变量呢？Lambda 表达式通过在最前面的方括号 [] 来明确指明其内部可以访问的外部变量，这一过程也称过 Lambda 表达式“捕获”了外部变量。
我们通过一个例子来直观地说明一下：
#include <iostream>
int main()
{
int a = 123;
auto f = [a] { std::cout << a << std::endl; };
f(); // 输出：123
// 或通过“函数体”后面的‘()’传入参数
[](int a) {std::cout << a << std::endl; }(123); // 输出：123
}
上面这个例子先声明了一个整型变量 a，然后再创建 Lambda 表达式，该表达式“捕获”了 a 变量，这样在 Lambda 表达式函数体中就可以获得该变量的值。
类似参数传递方式（值传递、引入传递、指针传递），在 Lambda 表达式中，外部变量的捕获方式也有值捕获、引用捕获、隐式捕获。
5.1 值捕获
示例如下：
int main()
{
int a = 123;
auto f = [a] { std::cout << a << std::endl; };
a = 321;
f(); // 输出：123
}
值捕获和参数传递中的值传递类似，被捕获的变量的值在 Lambda 表达式创建时通过值拷贝的方式传入，因此随后在外部对该变量的修改不会影响 Lambda 表达式中的值，所以 a 还是 123。
int main()
{
int a = 123;
auto f = [a] { a = 321; }; // 报错：error C3491: “a”: 无法在非可变 lambda 中修改通过复制捕获
f();
}
这里需要注意的是，如果以传值方式捕获外部变量，则在 Lambda 表达式函数体中不能修改该外部变量的值，否则会引发编译错误。
5.2 引用捕获
使用引用捕获一个外部变量，只需要在捕获列表变量前面加上一个引用说明符 &。如下：
int main()
{
int a = 123;
auto f = [&a] { cout << a << endl; };
a = 321;
f(); // 输出：321
}
从示例中可以看出，引用捕获的变量使用的实际上就是该引用所绑定的对象，故输出的为 321。
5.3 隐式捕获
上面的值捕获和引用捕获都需要我们在捕获列表中显示列出 Lambda 表达式中使用的外部变量。除此之外，我们还可以让编译器根据函数体中的代码来推断需要捕获哪些变量，这种方式称之为隐式捕获。隐式捕获有两种方式，分别是 [=] 和 [&]。[=] 表示以值捕获的方式捕获外部变量，[&] 表示以引用捕获的方式捕获外部变量。
隐式值捕获示例：
int main()
{
int a = 123;
auto f = [=] { cout << a << endl; }; // 值捕获
a = 321;
f(); // 输出：123
}
隐式引用捕获示例
int main()
{
int a = 123;
auto f = [&] { cout << a << endl; }; // 引用捕获
a = 321;
f(); // 输出：321
}
5.4 混合方式
上面的例子，要么是值捕获，要么是引用捕获，Lambda 表达式还支持混合的方式捕获外部变量，这种方式主要是以上几种捕获方式的组合使用。
到这里，我们来总结一下，Lambda 表达式捕获外部变量主要有以下形式：
- [] 不捕获任何外部变量
- [变量名, …] 默认以值的形式捕获指定的多个外部变量（用逗号分隔），如果引用捕获，需要显示声明（使用 & 说明符）
- [=] 值捕获，捕获所有外部变量，在函数内有个副本使用
- [&] 引用捕获，捕获所有外部变量，在函数体内当作引用使用
- [=, &x] 值捕获所有外部变量，只按引用捕获 x 变量
- [&, =x] 引用捕获所有外部变量，只按值捕获 x 变量
- [this] 捕获当前类中的 this 指针。如果已经使用了 & 或者 = 就默认添加此选项。
5.5 修改捕获变量
前面我们提到过，在 Lambda 表达式中，如果以传值方式捕获外部变量，则函数体中不能修改该外部变量，否则会引发编译错误。那么有没有办法可以修改值捕获的外部变量呢？这是就需要使用mutable关键字，该关键字用以说明表达式体内的代码可以修改值捕获的变量，示例：
int main()
{
int a = 123;
auto f = [a]()mutable { cout << ++a; }; // 不会报错
cout << a << endl; // 输出：123
f(); // 输出：124
}
六、Lambda表达式的参数
Lambda 表达式的参数和普通函数的参数类似，那么这里为什么还要拿出来说一下呢？原因是在 Lambda 表达式中传递参数还有一些限制，主要有以下几点：
- 参数列表中不能有默认参数
- 不支持可变参数
- 所有参数必须有参数名
Lambda 表达式的更多使用场景，请参考：Lambda表达式使用场景解析C++11
参考：