【C++ Lambda表达式数据处理全攻略】：从筛选到转换的高效技巧

# 1. C++ Lambda表达式的基础概念

C++ Lambda表达式是一种简洁、高效地定义匿名函数对象的方法。自C++11引入以来，Lambda表达式为C++程序员提供了一种新的语法糖，使得在需要函数对象的场合下可以更加直接地书写函数逻辑，无需显式定义一个类或者函数。Lambda表达式的核心优势在于能够捕获其定义作用域中的变量，并在表达式内部使用这些变量，从而实现更加灵活的编程模式。

基础的Lambda表达式由以下几个部分组成：

- 捕获列表（capture clause）：用于指定Lambda表达式外部变量的捕获方式。
- 参数列表（parameter list）：类似于普通函数的参数列表，用于接收输入参数。
- 可选的异常说明符（exception specification，已弃用）。
- 可选的尾随返回类型（trailing return type）。
- 函数体（function body）：包含表达式或语句的主体部分。

例如，以下是一个简单的Lambda表达式，它不捕获任何外部变量，接受两个整数参数，并返回它们的和：

auto sum = [](int a, int b) -> int { return a + b; };

在这行代码中，`[](int a, int b) -> int`定义了一个Lambda表达式，它是一个不捕获外部变量的匿名函数对象，接受两个`int`类型的参数，并使用尾随返回类型指明其返回类型为`int`。函数体为`{ return a + b; }`，包含了返回两个参数和的逻辑。

通过这一章节，我们建立了对Lambda表达式基础的理解，为之后探讨Lambda在C++编程中的深入应用和优化打下了坚实的基础。

# 2. Lambda表达式与函数式编程

## 2.1 函数式编程的基本原理

### 2.1.1 纯函数与引用透明性

函数式编程的一个核心概念是纯函数。纯函数是指那些不依赖于外部状态、不修改外部状态且相同的输入永远产生相同输出的函数。换句话说，纯函数在给定相同的输入时，总是返回相同的输出，而不会产生副作用。引用透明性是纯函数的一个推论，意味着你可以用函数调用的结果替换掉函数的调用，而不会改变程序的行为。

纯函数的特性包括：
- 无副作用：不修改任何外部状态或全局数据。
- 确定性：给定相同的输入，总是返回相同的输出。
- 不依赖于外部状态：函数的执行结果不依赖于任何外部变量。

// 示例代码：纯函数示例
#include <iostream>

// 纯函数，总是返回两个输入参数之和
int Add(int x, int y) {
    return x + y;
}

int main() {
    int a = 3;
    int b = 4;
    // 使用纯函数
    int sum = Add(a, b);
    std::cout << "The sum of " << a << " and " << b << " is " << sum << std::endl;
    return 0;
}

### 2.1.2 高阶函数及其在C++中的实现

高阶函数是函数式编程的另一个重要概念，它是指可以接受其他函数作为参数或者返回一个函数的函数。在C++中，高阶函数通常通过使用函数指针、std::function或者Lambda表达式来实现。利用高阶函数，可以编写更为灵活和可重用的代码。

C++中高阶函数的特性：
- 参数可以是函数：允许将函数作为参数传递给其他函数。
- 返回值可以是函数：允许函数返回另一个函数，用于创建函数工厂。
- 模板化：通过模板，可以实现参数类型或返回值类型的泛型高阶函数。

// 示例代码：高阶函数示例
#include <iostream>
#include <functional>
#include <vector>

// 高阶函数，接受一个函数和一个整数作为参数，返回一个新的函数
auto Adder(int x) {
    return [x](int y) { return x + y; };
}

int main() {
    // 使用高阶函数
    auto add2 = Adder(2);
    auto add5 = Adder(5);
    std::cout << "add2(3) = " << add2(3) << std::endl; // 输出: 5
    std::cout << "add5(3) = " << add5(3) << std::endl; // 输出: 8
    return 0;
}

## 2.2 Lambda表达式在C++中的语法

### 2.2.1 Lambda表达式的结构和组成部分

Lambda表达式是C++11中引入的一个重要特性，它提供了一种简洁的方式来定义匿名函数对象。Lambda表达式的一般形式如下：

[ captures ] ( parameters ) -> return_type { body }

- `captures`：捕获列表，用于指定Lambda表达式可以访问的外部变量。
- `parameters`：参数列表，与普通函数的参数列表相同。
- `return_type`：返回类型，C++11中如果可以通过上下文推断出返回类型，则可以省略。
- `body`：函数体，包含表达式和语句。

### 2.2.2 捕获列表的使用与技巧

捕获列表是Lambda表达式的一个重要组成部分，它允许Lambda表达式捕获定义域中的变量。捕获的方式主要有以下几种：

- `[&]`：默认捕获所有外部变量为引用。
- `[=]`：默认捕获所有外部变量为副本。
- `[var]`：捕获特定的外部变量为副本。
- `[&var]`：捕获特定的外部变量为引用。
- `[this]`：捕获当前类的this指针。

// 示例代码：捕获列表的使用
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 捕获外部变量n
    int n = 3;
    std::for_each(numbers.begin(), numbers.end(), [n](int &x) {
        x += n; // 使用捕获的n来修改vector中的每个元素
    });

    for (int num : numbers) {
        std::cout << num << " "; // 输出: 4 5 6 7 8
    }

    return 0;
}

## 2.3 函数对象、仿函数与Lambda

### 2.3.1 从函数指针到仿函数的发展

在C++早期版本中，函数指针是实现函数式编程的手段之一。随着C++标准的发展，引入了更加灵活和强大的概念——仿函数（functor）。仿函数是一种重载了`operator()`的对象，它能够表现得像普通函数一样，但其实是一个对象。

仿函数的特点：
- 可以包含状态。
- 可以是类的实例。
- 可以通过重载`operator()`来定义行为。

// 示例代码：仿函数示例
#include <iostream>
#include <algorithm>

class Sum {
public:
    int operator()(int a, int b) {
        return a + b;
    }
};

int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    Sum add;
    std::transform(numbers.begin(), numbers.end(), numbers.begin(), add);
    for (int num : numbers) {