Lambda表达式捕获列表：一场C++的“捕获”冒险
各位同学，今天咱们来聊聊C++中的Lambda表达式捕获列表（Capture List）。这玩意儿就像是一场神奇的冒险，让你可以随身携带变量，走到哪儿带到哪儿。听起来是不是很酷？别急，我们慢慢来，一步步揭开它的神秘面纱。
什么是Lambda表达式？
在开始之前，先简单介绍一下Lambda表达式。Lambda表达式是C++11引入的一种匿名函数，它允许我们在代码中定义小型的、临时的函数对象。Lambda表达式的语法如下：
[capture_list](parameters) -> return_type { body }其中，capture_list就是我们要讨论的重点——捕获列表。
捕获列表的工作原理
捕获列表的作用就是让Lambda表达式能够访问外部作用域中的变量。换句话说，Lambda表达式本身是一个独立的小世界，但它可以通过捕获列表从外面“偷渡”一些变量进来使用。
举个例子：
int x = 42;
auto lambda = [x]() {
std::cout << "The value of x is: " << x << std::endl;
};
lambda(); // 输出：The value of x is: 42在这个例子中，[x]就是捕获列表，它告诉Lambda表达式：“嘿，我要把外部的变量x带进来用。”
不同捕获方式的区别
捕获列表有多种方式，每种方式都有其独特的用途和行为。下面我们通过几个场景来逐一探讨。
1. 值捕获（Value Capture）
值捕获是最常见的方式之一。它将外部变量的值复制到Lambda表达式内部。这种方式的好处是安全且简单，但缺点是如果外部变量发生变化，Lambda表达式内部的副本不会同步更新。
int x = 10;
auto lambda = [x]() mutable {
x += 5; // 修改的是Lambda内部的副本
std::cout << "Inside lambda: " << x << std::endl;
};
lambda(); // 输出：Inside lambda: 15
std::cout << "Outside lambda: " << x << std::endl; // 输出：Outside lambda: 10注意：如果要在Lambda内部修改值捕获的变量，必须加上mutable关键字。
2. 引用捕获（Reference Capture）
引用捕获则是直接将外部变量的引用传递给Lambda表达式。这种方式的优点是Lambda表达式内部的操作会直接影响外部变量，但需要注意的是，如果外部变量在Lambda执行前被销毁，会导致未定义行为。
int y = 20;
auto lambda = [&y]() {
y += 10; // 直接修改外部变量y
std::cout << "Inside lambda: " << y << std::endl;
};
lambda(); // 输出：Inside lambda: 30
std::cout << "Outside lambda: " << y << std::endl; // 输出：Outside lambda: 303. 隐式捕获（Implicit Capture）
有时候我们懒得一个个列出要捕获的变量，这时可以使用隐式捕获。隐式捕获分为两种：按值捕获（[=]）和按引用捕获（[&]）。
[=]：捕获所有外部变量的值。[&]：捕获所有外部变量的引用。
int a = 1, b = 2;
auto lambda1 = [=]() { std::cout << a + b << std::endl; }; // 按值捕获
a = 10; b = 20;
lambda1(); // 输出：3 （因为捕获的是原始值）
auto lambda2 = [&]() { std::cout << a + b << std::endl; }; // 按引用捕获
lambda2(); // 输出：30 （因为捕获的是引用）4. 混合捕获（Mixed Capture）
你还可以混合使用不同的捕获方式。例如，有些变量按值捕获，有些变量按引用捕获。
int c = 3, d = 4;
auto lambda = [c, &d]() {
std::cout << "c: " << c << ", d: " << d << std::endl;
d += 1; // 修改的是外部变量d
};
lambda(); // 输出：c: 3, d: 4
std::cout << "Outside lambda: d = " << d << std::endl; // 输出：Outside lambda: d = 5捕获方式对比表
为了更清晰地理解不同捕获方式的区别，我们总结了一个表格：
| 捕获方式 | 描述 | 示例 | 外部变量是否可变 |
|---|---|---|---|
| 值捕获 | 将变量的值复制到Lambda内部 | [x] |
否 |
| 引用捕获 | 将变量的引用传递给Lambda | [&x] |
是 |
| 隐式捕获 | 自动捕获所有外部变量（按值或按引用） | [=], [&] |
取决于捕获方式 |
| 混合捕获 | 结合多种捕获方式 | [x, &y] |
取决于具体捕获 |
实战演练：一个有趣的例子
假设我们有一个任务，需要计算一组数字的平方和，并允许用户动态修改这些数字。我们可以使用Lambda表达式来实现这个功能：
#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4};
// 使用引用捕获，允许外部修改numbers
auto calculateSumOfSquares = [&numbers]() {
int sum = 0;
for (int num : numbers) {
sum += num * num;
}
return sum;
};
std::cout << "Initial sum of squares: " << calculateSumOfSquares() << std::endl;
// 修改numbers
numbers.push_back(5);
std::cout << "Updated sum of squares: " << calculateSumOfSquares() << std::endl;
return 0;
}输出结果：
Initial sum of squares: 30
Updated sum of squares: 55总结
好了，今天的讲座就到这里啦！通过这次学习，我们了解了Lambda表达式捕获列表的工作原理，并掌握了值捕获、引用捕获、隐式捕获和混合捕获的区别。希望同学们能灵活运用这些技巧，在C++的世界里游刃有余！
最后送大家一句话：Lambda表达式就像一把瑞士军刀，虽然小巧，但功能强大。只要掌握好捕获列表的使用，就能轻松应对各种复杂的编程挑战！
