C++中Lambda表达式的高级用法

Lambda表达式是C++11引入的一个强大特性，它简化了匿名函数的定义和使用，使代码更加简洁和高效。在本文中，我们将深入探讨C++中Lambda表达式的高级用法，包括捕获机制、性能优化、与STL结合使用等。

捕获机制

Lambda表达式可以通过捕获列表来访问外部变量。捕获可以是值捕获（[=]）、引用捕获（[&]）或混合捕获。下面是一个简单的例子：

int x = 10;
auto lambda = [x]() { return x + 5; }; // 值捕获
std::cout << lambda() << std::endl; // 输出 15

引用捕获

如果希望lambda内部修改外部变量，可以使用引用捕获：

int y = 20;
auto lambda_ref = [&y]() { y += 5; };
lambda_ref();
std::cout << y << std::endl; // 输出 25

性能优化

Lambda表达式通常会被编译器内联，从而提高性能。但是，当Lambda表达式被存储为函数对象时，可能会产生额外的开销。因此，在性能敏感的场景下，应尽量避免不必要的复制操作。

std::vector<int> data = {1, 2, 3, 4, 5};
auto lambda_perf = [](int a) { return a * 2; };

// 使用标准库算法transform
std::vector<int> result(data.size());
std::transform(data.begin(), data.end(), result.begin(), lambda_perf);

与STL结合使用

Lambda表达式与STL（Standard Template Library）的结合使用，能够极大简化代码。例如，使用std::sort对自定义对象进行排序：

struct Person {
    std::string name;
    int age;
};

std::vector<Person> people = {{"Alice", 30}, {"Bob", 25}, {"Charlie", 35}};

// 按年龄排序
std::sort(people.begin(), people.end(), [](const Person &a, const Person &b) {
    return a.age < b.age;
});

复杂逻辑处理

对于复杂的逻辑处理，Lambda表达式也可以嵌套使用，甚至可以返回另一个Lambda表达式：

auto make_adder = [](int base) {
    return [base](int increment) { return base + increment; };
};

auto add_five = make_adder(5);
std::cout << add_five(3) << std::endl; // 输出 8

Lambda表达式的递归调用

虽然Lambda本身不能直接递归，但可以通过一些技巧实现递归调用。例如，使用Y组合子或者通过外部变量间接调用自身：

#include <functional>

std::function<int(int)> factorial;
factorial = [&](int n) -> int {
    return n == 0 ? 1 : n * factorial(n - 1);
};

std::cout << factorial(5) << std::endl; // 输出 120

graph TD;
    A[Start] --> B{Is n == 0?};
    B --Yes--> C[Return 1];
    B --No--> D[Calculate n * factorial(n-1)];
    D --> E[Return result];