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掌握现代 C++：Lambda 在 C++14、C++17 和 C++20 中的演变

news 2026/5/4 19:16:19

一、背景

Lambda 是现代 C++ 最受欢迎的功能之一。自从在 C++ 11 中引入以来，它们在 C++ 代码中无处不在。而且，自从它们在 C++11 中出现以来，它们已经发展并获得了重要的功能。其中一些功能有助于编写更具表现力的代码，并且由于现在使用 lambda 非常普遍，因此花时间学习可以用它们做什么是非常值得的。

本文目标是剖析 lambda 的主要演变过程，但不是所有的小细节。对 lambda 的基础知识不了解可以阅读博主的另一篇文章，有详细介绍。

lambda 的演变一般是赋予它们手动定义函数对象的功能。

二、C++14 中的 Lambda

在 C++14 中，lambda 获得了 4 项主要增强功能：

默认参数
模板参数
广义捕获
从函数返回 lambda

2.1、默认参数

在 C++14 中，lambda 可以采用默认参数，就像任何函数一样：

代码语言：C++

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auto myLambda = [](int x, int y = 0) { std::cout << x << '-' << y << '\n'; }; std::cout << myLambda(1, 2) << '\n'; std::cout << myLambda(1) << '\n';

输出：

代码语言：Bash

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1-2 1-0

2.2、模板参数

在 C++11 中必须定义 lambda 参数的类型：

代码语言：C++

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auto myLambda = [](int x){ std::cout << x << '\n'; };

在 C++14 中，可以让它们接受任何类型：

代码语言：C++

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auto myLambda = [](auto&& x){ std::cout << x << '\n'; };

即使不需要处理多种类型，这对于避免重复并使代码更紧凑和可读也很有用。例如，这种 lambda：

代码语言：C++

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auto myLambda = [](namespace1::namespace2::namespace3::ACertainTypeOfWidget const& widget) { std::cout << widget.value() << '\n'; };

变成：

代码语言：C++

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auto myLambda = [](auto&& widget) { std::cout << widget.value() << '\n'; };

2.3、广义捕获

在 C++11 中，lambda 只能捕获其作用域中的现有对象：

代码语言：C++

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int z = 42; auto myLambda = [z](int x){ std::cout << x << '-' << z + 2 << '\n'; };

C++14 借助强大的lambda广义捕获，可以用几乎任何东西初始化捕获的值。示例：

代码语言：C++

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int z = 42; auto myLambda = [y = z + 2](int x) { std::cout << x << '-' << y << '\n'; }; myLambda(1);

输出：

代码语言：Bash

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1-44

2.4、从函数返回 lambda

Lambda 受益于 C++14 的语言功能：从函数返回，而无需指定返回类型。由于 lambda 的类型是由编译器生成的，因此在 C++11 中无法从函数返回 lambda。

代码语言：C++

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/* what type should we write here ?? */ f() { return [](int x){ return x * 2; }; }

在 C++14 中可以通过用作返回类型来返回 lambda。这在一段代码中间有一个大的 lambda 的情况下很有用。

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代码语言：C++

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void f() { // ... int z = 42; auto myLambda = [z](int x) { // ... // ... // ... }; // ... }

可以将 lambda 打包到另一个函数中，从而引入另一个抽象级别：

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代码语言：C++

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auto getMyLambda(int z) { return [z](int x) { // ... // ... // ... }; } void f() { // ... int z = 42; auto myLambda = getMyLambda(z); // ... }

三、C++17 中的 Lambda

C++17 为 lambda 带来了一个重大增强：它们可以声明constexpr。

代码语言：C++

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constexpr auto times2 = [] (int n) { return n * 2; };

然后，可以在编译时评估的上下文中使用此类 lambda：

代码语言：C++

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static_assert(times2(3) == 6);

这在模板编程中特别有用。

注意：lambda 在 C++20 中变得更加有用。事实上，只有在 C++20 中，大多数 STL 算法才变得如此，并且它们可以与 lambda 一起使用，以创建在编译时评估的集合的复杂操作。不过，有一个例外：std::array非变异访问操作在 C++ 14 中立即变为std::array constexpr，而在 C++17 中变为非变异访问操作constexpr。

lambda 在 C++17 中获得的另一个特性是捕获*this的副本的简单语法。示例：

代码语言：C++

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struct MyType{ int m_value; auto getLambda() { return [this](){ return m_value; }; } };

此 lambda 捕获this指针的副本。如果 lambda 的生存期超过对象的生存期，则可能会导致内存错误，例如：

代码语言：C++

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auto lambda = MyType{42}.getLambda(); lambda();

由于MyType在第一个语句的末尾被销毁，因此第二个语句调用的lambda取消了this引用访问其m_value，但this指向一个被销毁的对象。这会导致未定义的行为，通常是应用程序崩溃。

解决此问题是在lambda中捕获整个*this对象的副本。C++17 提供了语法来实现这一点。