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1、概述
C++ 11 中的 Lambda 表達式用於定義並創建匿名的函數對象，以簡化編程工作。
Lambda 的語法形式如下：
[函數對象參數] (操作符重載函數參數) mutable 或 exception 聲明 -> 返回值類型 {函數體}
可以看到，Lambda 主要分爲五個部分：[函數對象參數]、(操作符重載函數參數)、mutable 或 exception 聲明、-> 返回值類型、{函數體}.
2、Lambda 語法分析
2.1、[函數對象參數]
標識一個 Lambda 表達式的開始，這部分必須存在，不能省略。函數對象參數是傳遞給編譯器自動生成的函數對象類的構造函數的。函數對象參數只能使用那些到定義 Lambda 爲止時 Lambda 所在作用範圍內可見的局部變量(包括 Lambda 所在類的 this)。函數對象參數有以下形式：
- 空：沒有任何函數對象參數。
- =：函數體內可以使用 Lambda 所在範圍內所有可見的局部變量（包括 Lambda 所在類的 this），並且是值傳遞方式（相當於編譯器自動爲我們按值傳遞了所有局部變量）。
- &：函數體內可以使用 Lambda 所在範圍內所有可見的局部變量（包括 Lambda 所在類的 this），並且是引用傳遞方式（相當於是編譯器自動爲我們按引用傳遞了所有局部變量）。
- this：函數體內可以使用 Lambda 所在類中的成員變量。
- a：將 a 按值進行傳遞。按值進行傳遞時，函數體內不能修改傳遞進來的 a 的拷貝，因爲默認情況下函數是 const 的，要修改傳遞進來的拷貝，可以添加 mutable 修飾符。
- &a：將 a 按引用進行傳遞。
- a，&b：將 a 按值傳遞，b 按引用進行傳遞。
- =，&a，&b：除 a 和 b 按引用進行傳遞外，其他參數都按值進行傳遞。
- &，a，b：除 a 和 b 按值進行傳遞外，其他參數都按引用進行傳遞。
2.2、(操作符重載函數參數)
標識重載的 () 操作符的參數，沒有參數時，這部分可以省略。參數可以通過按值（如: (a, b)）和按引用 (如: (&a, &b)) 兩種方式進行傳遞。
2.3、mutable 或 exception 聲明
這部分可以省略。按值傳遞函數對象參數時，加上 mutable 修飾符後，可以修改傳遞進來的拷貝（注意是能修改拷貝，而不是值本身）。exception 聲明用於指定函數拋出的異常，如拋出整數類型的異常，可以使用 throw(int)。
2.4、-> 返回值類型
標識函數返回值的類型，當返回值爲 void，或者函數體中只有一處 return 的地方（此時編譯器可以自動推斷出返回值類型）時，這部分可以省略。
2.5、{函數體}
標識函數的實現，這部分不能省略，但函數體可以爲空。
3、示例
[] (int x, int y) { return x + y; } // 隱式返回類型
[] (int& x) { ++x; } // 沒有 return 語句 -> Lambda 函數的返回類型是 'void'
[] () { ++global_x; } // 沒有參數，僅訪問某個全局變量
[] { ++global_x; } // 與上一個相同，省略了 (操作符重載函數參數)
可以像下面這樣顯示指定返回類型：
[] (int x, int y) -> int { int z = x + y; return z; }
在這個例子中創建了一個臨時變量 z 來存儲中間值。和普通函數一樣，這個中間值不會保存到下次調用。什麼也不返回的Lambda 函數可以省略返回類型，而不需要使用 -> void 形式。
Lambda 函數可以引用在它之外聲明的變量. 這些變量的集合叫做一個閉包. 閉包被定義在 Lambda 表達式聲明中的方括號 [] 內。這個機制允許這些變量被按值或按引用捕獲。如下圖的例子：
[] //未定義變量,試圖在Lambda內使用任何外部變量都是錯誤的.
[x, &y] //x按值捕獲, y按引用捕獲.
[&] //用到的任何外部變量都隱式按引用捕獲.
[=] //用到的任何外部變量都隱式按值捕獲.
[&, x] //x顯式地按值捕獲,其它變量按引用捕獲.
[=, &z] //z按引用捕獲,其它變量按值捕獲.
3.1、示例 1
std::vector<int> some_list;
int total = 0;
for (int i = 0; i < 5; ++i) some_list.push_back(i);
std::for_each(begin(some_list), end(some_list), [&total](int x)
{
total += x;
});
此例計算 list 中所有元素的總和。變量 total 被存爲 Lambda 函數閉包的一部分。因爲它是棧變量（局部變量）total 引用，所以可以改變它的值。
3.2、示例 2
std::vector<int> some_list;
int total = 0;
int value = 5;
std::for_each(begin(some_list), end(some_list), [&, value, this](int x)
{
total += x * value * this->some_func();
});
此例中 total 會存爲引用, value 則會存一份值拷貝。對 this 的捕獲比較特殊，它只能按值捕獲。this 只有當包含它的最靠近它的函數不是靜態成員函數時才能被捕獲。對 protect 和 private 成員來說，這個 Lambda 函數與創建它的成員函數有相同的訪問控制。如果 this 被捕獲了，不管是顯式還是隱式的，那麼它的類的作用域對 Lambda 函數就是可見的。訪問 this 的成員不必使用 this-> 語法，可以直接訪問。
4、總結
不同編譯器的具體實現可以有所不同，但期望的結果是: 按引用捕獲的任何變量，Lambda 函數實際存儲的應該是這些變量在創建這個 Lambda 函數的函數的棧指針，而不是 Lambda 函數本身棧變量的引用。不管怎樣，因爲大多數 Lambda 函數都很小且在局部作用中，與候選的內聯函數很類似，所以按引用捕獲的那些變量不需要額外的存儲空間。
如果一個閉包含有局部變量的引用，在超出創建它的作用域之外的地方被使用的話，這種行爲是未定義的!
Lambda 函數是一個依賴於實現的函數對象類型。這個類型的名字只有編譯器知道，如果用戶想把 lambda 函數做爲一個參數來傳遞，那麼形參的類型必須是模板類型或者必須能創建一個 std::function 類似的對象去捕獲 lambda 函數。使用 auto 關鍵字可以幫助存儲 lambda 函數。
auto my_lambda_func = [&](int x) { /* ... */ };
auto my_onheap_lambda_func = new auto([=](int x) { /* ... */ });
這裏有一個例子，把匿名函數存儲在變量、數組或 vector 中，並把它們當做命名參數來傳遞。
#include <functional>
#include <vector>
#include <iostream>
double eval(std::function<double(doubie)> f, double x = 2.0) {return f(x);}
int main ()
{
std::function<double (double)> f0 = [](double x){return 1;};
auto f1 = [](double x){return x;};
decltype(f0) fa[3] = {f0, f1, [](double x){return x*x;}};
std::vector<decltype(f0)> fv = (f0, f1};
fv.push_back([](double x){return x*x;});
for(int i=0; i<fv.size(); i++) std::cout << fv[i](2.0) << "\n";
for(int i=0; i<3; i++) std::cout << fa[i](2.0) << "\n";
for (auto &f: fv) std::cout << f(2.0) << "\n";
for (auto &f: fa) std::cout << f(2.0) << "\n";
std::cout << eval (f0) << "\n";
std::cout << eval (f1) << "\n";
return 0;
}
一個沒有指定任何捕獲的 lambda 函數，可以顯式轉換成一個具有相同聲明形式函數指針。所以，像下面這樣做是合法的：
auto a_lambda_func = [](int x) { /* ... */ };
void (*func_ptr)(int) = a_lambda_func;
func_ptr(4); // calls the lambda