【C++进阶篇】C++11新特性（下篇）

熬夜学编程的小王

发布于 2025-06-08 12:21:15

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代码可运行

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代码可运行

一. lambda表达式

lambda可以像仿函数一样传给函数，像sort，它的优势在于代码清晰度高，且简便，它的本质是一个匿名对象。它没有类型，可以使用auto接收推导类型。

1.1 仿函数使用

仿函数作为对象，控制sort排升序还是降序。

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;

struct cmpGreater
{
	bool operator()(int X, int Y)
	{
		return X > Y;
	}
};

struct cmpLess
{
	bool operator()(int X, int Y)
	{
		return X < Y;
	}
};
int main()
{
	vector<int> arr{ 10,4,2,6,7,3,8,0,1,5,9 };

	//仿函数传递对象
	sort(arr.begin(), arr.end(), cmpLess());//降序
	for (auto e : arr)
		cout << e << " ";
	cout << endl;

	sort(arr.begin(), arr.end(), cmpGreater());//降序
	for (auto e : arr)
		cout << e << " ";
	return 0;
}

创建vector对象，通过sort排序，仿函数控制升序行为。

输出结果：

上面已经说过lambda也可以完成仿函数的行为，下面展示一下。

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> arr{ 10,4,2,6,7,3,8,0,1,5,9 };

	//lambda表达式
	//升序
	sort(arr.begin(), arr.end(), [](int x, int y)-> int {return x > y; });//升序
	for (auto e : arr)
		cout << e << " ";
	cout << endl;

	//降序
	sort(arr.begin(), arr.end(), [](int x, int y)-> int {return x < y; });//降序
	for (auto e : arr)
		cout << e << " ";
	cout << endl;
	return 0;
}

输出结果：

sort函数使用lambda代替仿函数，从结果可以看出一样完成一样的功能。

1.2 lambda表达式的语法

C/C++ lambda 语法格式：

[capture-list] (parameters)-> return type { function boby };

解释：

[Capture List] :捕捉列表，用于定义Lambda如何访问外部作用域的变量。
(Parameters): 参数列表定义 Lambda的输入参数。
->return type ：返回值类型，⽤追踪返回类型形式声明函数的返回值类型，没有返回值时此部分可省略。⼀般返回值类型明确情况下，也可省略，由编译器对返回类型进⾏推导。
{function boby} ：函数体，函数体内的实现跟普通函数完全类似，在该函数体内，除了可以使⽤其参数外，还可以使⽤所有捕获到的变量，函数体为空也不能省略。

其中，参数列表，mutable，-> returntype可以省略。

省略参数列表，表示当前是一个无参的参数对象。
省略mutable，表示捕捉的对象保持其常性。
省略->returntype，返回值类型由编译器自动推导。

注意：捕捉列表和函数体不可省略，很容易理解。也就是说最基本的 lambda 表达式只需要写 [ ]{ }

int main()
{
	//最简单的lambda表达式
	[] {};
	return 0;
}

此时表达式相当于返回值为空，参数为空，函数体为空的匿名对象。

void func()  {  };

lambda表达式本质是匿名对象，而func是一个有名对象，直接调用即可。

1.3 lambda表达式使用

上面说过lambda是匿名对象，该对象出了作用域（当前行）就销毁了，其它作用域无法使用它。 lambda只允许使用函数体及参数中的变量，要想使用外层变量，此时就需要捕捉。捕捉分为，值捕捉，引用捕捉，隐式捕捉，全捕捉，即混合捕捉等。

1.3.1 传值和传引用捕捉

下面通过写代码，看看编译器现象。在lambda表达式外定义几个变量，看看lambda表达式是否能使用？？？

需要捕捉，先进行值捕捉，看看现象。

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;

int main()
{
	int x = 10, y = 20;
	[x](int a, int b)//当前作用域调用该匿名对象
		{
			a++;
			b++;
			x;
			cout << "x = " << x << endl;
		}(10,20);

	auto ret1 = [x](int a, int b)//使用对象构建lambda表达式
		{
			a++;
			b++;
			x;
			cout << "x = " << x << endl;
		};
	ret1(20, 30);
	return 0;
}

输出结果：

下面我们对捕捉的对象进行修改，看看行不行？？？

从上图可以看出编译器报错，不支持，我们就需要修改呢，有没有办法？？？有的兄弟，有的，可以是用mutable关键字，加在参数列表即可。默认捕捉的值具有常性。

功能：捕捉的值可以去除该值的常性。

int main()
{
	int x = 10, y = 20;
	[x](int a, int b)//当前作用域调用该匿名对象
	mutable	{
			a++;
			b++;
			x++;
			cout << "x = " << x << endl;
		}(10, 20);
		return 0;
}

从结果可以看出该值进行了自增。且不是该对象的拷贝对象。还有其它的方法也可以完成该功能：传引用捕捉。

#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;

int main()
{
	int x = 10, y = 20;
	//传引用捕捉
	[&x](int a, int b)//当前作用域调用该匿名对象
	{
		a++;
		b++;
		x++;
		cout << "x = " << x << endl;
	}(10, 20);

	return 0;
}

一样的输出结果。

1.3.2 隐式捕捉

在捕捉列表显示写个 = ，表示为隐式捕捉，我们用了哪些变量就捕捉哪些变量，该行为编译器会自动推导。

#include<vector>
#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;

int main()
{
	int x = 10, y = 20,a=30,b=40,z=50;
	//隐式引用捕捉
	[=]()
	{
		int ret = x + y + a;
		cout << "ret = " << ret << endl;
	}();

	//等价于
	auto ret = [=](){ int ret = x + y + a; cout << "ret = " << ret << endl;};
	ret();
	return 0;
}

输出结果：

隐式捕捉好处在于代码简洁，提升代码表达力的利器。

1.3.3 混合捕捉

显示捕捉分为传值捕捉和传引用捕捉。混合捕捉是隐式捕捉和显示捕捉的混合体。规则：

当使用混合捕捉时，第一个元素必须是&或=。
&混合捕捉时，后面的捕捉变量必须是值捕捉。
=混合捕捉时，后面的捕捉变量必须是引用捕捉。

#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;

int main()
{
	int a = 10, b = 20, c = 30, d = 90, x = 1, y = 2, z = 3;
	//混合捕捉,第1个为隐式捕捉
	auto ret = [=,&a,&b](){
		a++;
		b++;
		int ret = a + b + x + y;
		cout << "ret= " << ret << endl;
		return ret;
		};
	ret();

	cout << "之前: x = " << x << ", y = " << y << endl;
	//混合捕捉,第1个为隐式捕捉
	auto ret1 = [&, a, b]() {
		x++;
		y++;
		int ret = a + b + x + y;
		cout << "之后: ";
		cout << "x = " << x <<", y = " << y << endl;
		return ret;
		};
	ret1();

	return 0;
}

输出结果：

从结果可以看出x和y都进行自增，符合预期行为。注意：局部静态变量和全局变量不需要捕捉，强行捕捉会报错。

报错示例：

默认情况下， lambda 捕捉列表是被const修饰的，也就是说传值捕捉的过来的对象不能修改，mutable加在参数列表的后⾯可以取消其常量性，也就说使⽤该修饰符后，传值捕捉的对象就可以修改了，但是修改还是形参对象，不会影响实参。

#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;

int main()
{
	int x = 10;
	[x]() mutable{
		x++;
		cout << "lambda表达式里的x = " << x << endl;
		return x; }();


	cout << "lambda表达式外的x = " << x << endl;
}

从结果可以看出x并没有改变，捕捉的对象确实是存储在lambda表达式中临时对象。 当lambda表达式定义在全局变量捕捉列表必须为空，因为没有其它的变量可以被捉到。

1.4 lambda表达式原理

lambda对象的大小。

#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;

//普通函数
int add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

//仿函数
struct ADD
{
	int operator()(int x, int y)
	{
		return x + y;
	};
};

int main()
{
	auto typec = add;
	ADD add1;
	auto ret = [](int x, int y) {return x + y; };

	cout << "普通函数: " << sizeof(typec) << endl;
	cout << "仿函数: " << sizeof(add1) << endl;
	cout << "lambda表达式: " << sizeof(ret) << endl;

	return 0;
}

可以看出lambda表达式对象与仿函数一样都是大小都是1字节。空类（没有成员变量）独占1个字节。 VS2022两者汇编代码：

可以看出汇编代码完全一致，所以编译器就是把lambda表达式当做仿函数。结论：lambda 表达式本质上就是一个 仿函数。

1.5 lambda优点及建议

代码简洁性革命

减少模板代码：替代单方法接口的匿名类（如Java的Runnable），代码量减少50%-70%
内联逻辑封装：在算法中间件（如std::sort的比较函数）中直接嵌入逻辑，避免上下文切换

函数式编程加速器

高阶函数支持：天然适配map/filter/reduce等操作，实现链式数据处理流水线
不可变数据：强制以表达式形式返回值，天然支持无副作用编程

延迟执行专家

回调封装：在GUI事件处理、异步编程中封装待执行逻辑
策略模式实现：动态替换算法逻辑（如Java的Comparator接口）

并发编程利器

无状态共享：天然适配并行流（如Java的parallelStream()）
线程安全默认：值捕获（[=]）创建的副本天然隔离线程间数据

最佳实践：Lambda表达式是现代编程的瑞士军刀，但需遵循"3行法则"：超过3行的逻辑应重构为具名函数。合理使用可显著提升代码表现力，但需在简洁性与可维护性间找到平衡点。建议从简单场景开始实践，逐步掌握其高级特性，并始终关注变量作用域和线程安全性。

二. 包装器

包装器分为函数包装器和类包装器。

2.1 function

一个结构一致的函数，lambda表达式基本相同。

// 普通函数
void func(int n)
{
	cout << "void func(int n): " << n << endl;
}

// 仿函数
struct Func
{
public:
	void operator()(int n)
	{
		cout << "void operator()(int n): " << n << endl;
	}
};

// lambda 表达式
auto lambda = [](int n)->void
	{
		cout << "[](int n)->void: " << n << endl;
	};

int main()
{
	void(*pf)(int);//函数指针

	pf = func;//函数名本身就是函数的地址

	pf(10);

	//Func f;//类实例化出对象
	//pf = f;//error

	pf = lambda;
	pf(20);
	return 0;
}

输出结果：

可以看出函数指针无法指向类对象，仿函数对象。有没有什么东西可以完成该功能。包装器就是解药。 function就是一个类模版，可以包装任何对象，包括函数指针、仿函数、lambda、宾得表达式等。 function是基于 可变模版参数 实现的，原型如下：

template <class Ret, class… Args> class function<Ret(Args…)>;

其中Ret是返回值类型，Args为模版参数包，表示传给函数的参数，function 模板类通过模板特化指明了包装的函数对象类型。注意：使用function前，需要包含头文件

int main()
{
	// 包装器
	function<void(int)> f;

	f = func;
	f(10);

	f = Func();
	f(20);

	f = lambda;
	f(30);

	return 0;
}

function还可以包装 类内成员函数。包装静态成员函数相对较简单，只需指明类域即可。

#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<functional>
using namespace std;


class Plus
{
public:
	Plus(int n = 10)
		:_n(n)
	{}
	static int plusi(int a, int b)
	{
		return a + b;
	}
	double plusd(double a, double b)
	{
		return (a + b) * _n;
	}
private:
		int _n;
};

int main()
{
	function<int(int,int)> f = Plus::plusi;
	//function<int(int,int)> f = &Plus::plusi;//correct

	cout << "f(10, 20) = " << f(10, 20) << endl;
	return 0;
}

下面进行包装静态成员函数，相对复杂一点。使用上述方法会报错。

解决办法：在包装时，指定第一个参数为类，并且需要取地址。

function<double(Plus,double, double)> f = &Plus::plusd;//因为成员函数还多了个this指针,这个&不可省略

//匿名对象
f(Plus(), 10, 20);

//普通对象
Plus p;
f(p, 10, 20);
return 0;

细节：为什么包装静态成员函数不需要取地址，而非静态成员函数需要取地址？？？

非静态成员函数必须通过&Plus::plusd、显式获取成员函数指针，并通过std::bind、Lambda或std::mem_fn绑定对象实例，否则无法直接调用。

本质区别：

当第一参数设置为类的指针时，看看现象。

第一个参数设置为指针，普通函数可以，对于匿名对象就不可以。再将第一参数设置为引用版本看看，能不能解决问题。

可能有人会想第一个参数用const修饰，但是会导致普通的对象无法使用，因为涉及权限放大，从非const到const的放大。

最佳实践：将第一个参数设置为普通的类即可。

2.2 bind绑定

bind 是⼀个函数模板，它也是⼀个可调⽤对象的包装器，可以把他看做⼀个函数适配器，对接收的fn可调⽤对象进⾏处理后返回⼀个可调⽤对象。 bind 可以⽤来调整参数个数和参数顺序。 bind 也在这个头⽂件中。原型：

template <class Fn, class... Args>
bind (Fn&& fn, Args&&... args);

fn 是传递的函数对象，args 是传给函数的可变参数包，这里使用了万能引用（引用折叠），使其在进行模板类型推导时，既能引用左值，也能引用右值。使用bind改变参数顺序。

void func(int x, int y)
{
	cout << "void func(int x, int y)" << x << " " << y << endl;
}

int main()
{
	//正常调用
	func(10, 20);

	auto ret = bind(func, -2,-1);
	ret(10, 20);
	return 0;
}

输出结果好像不对，因为没有指定类域，导致-2，-1传递给函数。现在指定一下。

 placeholders::_2, placeholders::_1

结果好像是对的。

bind的底层是仿函数，通过bind绑定的函数将参数根据用户指定的行为传递给函数，函数做出行为。 bind主要作用用于指定参数的个数。下面我们将第一个参数指定。

int main()
{
	auto f = bind(func, 100, placeholders::_1);
	f(10);
	f(10, 20);
	return 0;
}

此时如果坚持传递参数，会优先使用绑定的参数，再从函数参数列表中，从左到右选择参数进行传递，直到参数数量符合，比如这里第二次调用虽然传递了 10 和 20，但实际调用 Func 时，RFunc 会先传递之前绑定的值 100 作为参数1传递，而 10 会作为参数2传递，至于 20 会被丢弃。

这里的不能这样写 auto f = bind(func, 100, placeholders::_2);因为参数的个数不满足。

看到上面没都要传递类对象，而bind的引入将一个参数类绑死就不需要传入。

class MyClass {
public:
    void memberFunc(int a, int b) {
        cout << "a = " << a << ", b = " << b << endl;
    }
};

int main() {
    MyClass obj;

    // 绑定类成员函数，固定第一个参数为100
    auto bound_func = bind(&MyClass::memberFunc, &obj, 100, _1);

    // 调用绑定后的函数：只需传递第二个参数（原函数的第二个参数）
    bound_func(200); // 输出：a = 100, b = 200

    return 0;
}

输出结果：

就不需要手动每次都传递对象。下面看需要传递的麻烦处。

class MyClass {
public:
    void memberFunc(int a, int b) {
        cout << "a = " << a << ", b = " << b
            << ", this = " << this << endl;
    }
};

int main() {
    MyClass obj1, obj2;

    // 绑定成员函数，但保留对象实例的位置为占位符
    auto bound_func = bind(&MyClass::memberFunc, _1, 100, _2);

    // 调用时需显式传递对象实例和其他参数
    bound_func(obj1, 200); // 输出：a = 100, b = 200, this = 0x7ffd...（obj1的地址）
    bound_func(obj2, 300); // 输出：a = 100, b = 300, this = 0x7ffd...（obj2的地址）

    return 0;
}

三. 最后

本文深入解析了C++中lambda表达式与函数包装器的核心机制及实践应用。lambda作为匿名函数对象，通过值/引用/隐式/混合捕捉实现灵活作用域访问，本质是编译器生成的仿函数，支持代码内联封装与函数式编程范式。std::function作为统一调用包装器，可封装普通函数、仿函数、lambda及成员函数，解决函数指针类型限制问题。std::bind通过参数重排与对象绑定实现接口适配，尤其适用于回调场景。三者协同可显著提升代码简洁性，在算法排序、事件处理等场景中简化模板代码，平衡开发效率与可维护性，是现代C++函数式编程的重要工具链。关于线程的部分后面再补充。，也重要

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原始发表：2025-06-07，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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