不少 C++ 的教學文都會拿 Lambda 表達式（Lambda expression）當範例，這是從 C++ 11 標準中開始出現的寫法，本篇就來快速看過什麼是 Lambda 表達式。

語法

Lambda 表達式的語法如下：

[capture](parameters) -> return_type {
    // function body
}

以下一一介紹各部位功能：

• [capture]：捕獲，這是 Lambda 表達式最特別的地方，可以從同一作用域中抓取區域變數，而不必每個變數都透過參數抓進來，稍後將詳細說明。
• (parameters)：參數，就跟一般函數的參數一樣。
• return_type { // function body }：這邊也跟一般函數一樣，但回傳的型別 return type 通常不寫。

舉例來說：

[x](int y) -> int { return x + y; };

表示捕獲 x、拿到參數 y，函數本體是 x + y，函數回傳的型別是 int。

回傳型別通常由編譯器自行決定，因此可省略，寫成：

[x](int y) { return x + y; };

運算結果賦值到變數

而假設該 Lambda 函數運算的結果要賦值於一變數，該變數型別通常寫成 auto，表示由編譯器自己判斷該變數型別，而非由我們手工指定，例如如果要賦值於變數 f，則寫成：

auto f = [x](int y) -> int { return x + y; };
// 或者
auto f = [x](int y) { return x + y; };

何謂「捕獲」

Lambda 表達式可以在同一作用域「捕獲（capture）」變數，表示不用把變數寫成參數，表達式也能抓到，例如：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int x = 10;

    auto f = [x](int y) {
        return x + y;
    };

    cout << "x = " << x << endl;
    cout << "f(3) => x = 10, y = 3, result = " << f(3) << endl;
    cout << "f(7) => x = 10, y = 7, result = " << f(7) << endl;

    return 0;
}

這裡的 Lambda 表達式跟 x 在同一作用域 main() 中，因此 [x] 可直接捕獲 x，不用在呼叫 f 這個變數代表的 Lambda 表達式時，另外把 x 當參數傳進去。

因此在 f(3) 與 f(7) 中，雖然都只有吃參數 y（確切的值分別為 3 跟 7），但函數裡面一樣可以拿 x = 10 這個變數值去運算。

「捕獲」的類別

事實上，捕獲的方式有很多種，包含：

• []：完全不抓。
• [=]：全部都傳值（by value），因此抓到的都是副本，變數改變不影響捕獲的值；上面的範例就是用這種方式。
• [&]：全部都傳參考（by reference），因此抓到的是變數本身，變數改變會影響捕獲的值。

以下範例對照：

// 用值捕獲
int x = 10;

auto f = [=]() {
    cout << x << endl;  // 這裡的 ｘ 是副本
};

x = 99; // 這裡重新賦值為 99 不影響 f 捕獲
f();    // 輸出依然為 10

// 用參考捕獲
int x = 10;

auto f = [&]() {
    cout << x << endl; // 這裡的 x 是上面的 `int x`
};

x = 99; // 這裡重新賦值改到的 x 會影響 f 捕獲
f();    // 輸出為 99

兩者還可以混用，例如：

• [x, &y]：x 用值捕獲、y 用參考捕獲。
• [=, &y]：y 用參考捕獲，其他變數都由值捕獲。
• [&, x]：x 用值捕獲，其他變數都用參考捕獲。

用 mutable 改副本

在捕獲副本時，副本本身的值是不能在 Lambda 表達式修改的，例如：

int x = 10;

auto f = [x]() {
    x = 20;
};

這樣會報錯，要改成：

int x = 10;

auto f = [x]() mutable {
    x = 20;      // 改變副本的值
    cout << "x in f is " << x << endl;
};

f();

cout << "x out of f is " << x << endl;

這時 f 裡面的副本就可以被重新賦值為 20，但原本的變數 x 的值依然為 10，執行結果如下：

x in f is 20
x out of f is 10

參考資料

1. Lambda Expression in C++ (GeeksforGeeks)
2. Lambda Capture Clause in C++ (GeeksforGeeks)
3. C++11 Lambda Expression 語法教學與範例