C++

Lambdas y Programacion Funcional

Domina las lambdas de C++ — listas de capturas, lambdas mutables, lambdas genericas y su uso como predicados de algoritmos. Aprende std::function, std::invoke y el patron IIFE.

Expresiones Lambda

Una expresion lambda crea un objeto funcion anonimo (closure) en linea. Las lambdas son la forma principal de pasar comportamiento a los algoritmos de la STL, callbacks y manejadores de eventos.

La sintaxis completa es:

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

- Capturas — variables del ambito circundante para usar dentro de la lambda
- Parametros — como parametros de funciones regulares
- mutable — permite modificar variables capturadas por valor
- Tipo de retorno — generalmente deducido automaticamente
- Cuerpo — el cuerpo de la funcion

Las lambdas se compilan a objetos funcion generados por el compilador (structs con operator()) — tienen cero sobrecarga comparados con functors escritos a mano.

Sintaxis Basica de Lambda y Capturas

La lista de capturas es la caracteristica definitoria de las lambdas. Determina que variables del ambito circundante puede acceder la lambda y como.

lambda_captures.cpp
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> nums = {1, 5, 3, 8, 2, 9, 4, 7, 6};

    // Simplest lambda — no captures
    std::sort(nums.begin(), nums.end(),
              [](int a, int b) { return a > b; });  // descending

    // Capture by value [=] — copies variables
    int threshold = 5;
    auto above = std::count_if(nums.begin(), nums.end(),
                               [threshold](int x) { return x > threshold; });
    std::cout << "Above " << threshold << ": " << above << '\n';

    // Capture by reference [&] — references variables
    int sum = 0;
    std::for_each(nums.begin(), nums.end(),
                  [&sum](int x) { sum += x; });
    std::cout << "Sum: " << sum << '\n';

    // Mixed captures
    int min_val = 3, max_val = 7;
    auto in_range = std::count_if(nums.begin(), nums.end(),
        [min_val, &max_val](int x) { return x >= min_val && x <= max_val; });
    // min_val captured by value, max_val captured by reference

    // Capture all by value [=] or all by reference [&]
    auto print_all = [&]() {  // captures everything by reference
        for (int n : nums) std::cout << n << ' ';
        std::cout << '\n';
    };
    print_all();

    // Init capture (C++14) — create new variables in the capture
    auto counter = [count = 0]() mutable { return ++count; };
    std::cout << counter() << '\n';  // 1
    std::cout << counter() << '\n';  // 2
    std::cout << counter() << '\n';  // 3
}

Lambdas Genericas y de Plantilla

C++14 introdujo las lambdas genericas con parametros auto. C++20 extendio esto con listas explicitas de parametros de plantilla, permitiendo todo el poder de las plantillas en las lambdas.

generic_lambdas.cpp
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <string>
#include <iostream>
#include <type_traits>

int main() {
    // C++14: generic lambda — auto parameters
    auto print = [](const auto& x) {
        std::cout << x << '\n';
    };
    print(42);           // int
    print(3.14);         // double
    print("hello");      // const char*

    // C++14: generic lambda for comparisons
    auto max_of = [](const auto& a, const auto& b) {
        return (a > b) ? a : b;
    };
    std::cout << max_of(3, 7) << '\n';             // 7
    std::cout << max_of("abc", "xyz") << '\n';     // xyz (lexicographic)

    // C++20: template lambda — explicit template parameters
    auto add = []<typename T>(T a, T b) -> T {
        return a + b;
    };
    std::cout << add(1, 2) << '\n';                // 3
    std::cout << add(1.5, 2.5) << '\n';            // 4.0

    // C++20: constrained template lambda with concepts
    auto integral_only = []<std::integral T>(T x) {
        return x * 2;
    };
    std::cout << integral_only(5) << '\n';         // 10
    // integral_only(3.14);  // ERROR: double doesn't satisfy std::integral

    // Using generic lambdas with algorithms
    std::vector<std::string> words = {"banana", "apple", "cherry"};
    std::sort(words.begin(), words.end(),
              [](const auto& a, const auto& b) {
                  return a.size() < b.size();  // sort by length
              });
    for (const auto& w : words) std::cout << w << ' ';  // apple banana cherry
    std::cout << '\n';
}

std::function y std::invoke

std::function es un envoltorio de tipo borrado para llamables que puede contener cualquier llamable con una firma coincidente — lambdas, punteros a funciones, functores, punteros a funciones miembro. std::invoke es una forma uniforme de llamar a cualquier llamable.

std_function.cpp
#include <functional>
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

// Regular function
int add(int a, int b) { return a + b; }

struct Multiplier {
    int factor;
    int operator()(int x) const { return x * factor; }
    int multiply(int x) const { return x * factor; }
};

int main() {
    // std::function can hold different callable types
    std::function<int(int, int)> op;

    op = add;                                        // function pointer
    std::cout << op(3, 4) << '\n';                   // 7

    op = [](int a, int b) { return a * b; };         // lambda
    std::cout << op(3, 4) << '\n';                   // 12

    // Store callables in a collection
    std::vector<std::function<int(int)>> transforms;
    transforms.push_back([](int x) { return x + 1; });
    transforms.push_back([](int x) { return x * 2; });
    transforms.push_back(Multiplier{10});            // functor

    int val = 5;
    for (auto& fn : transforms) {
        val = fn(val);
    }
    std::cout << val << '\n';  // ((5+1)*2)*10 = 120

    // std::invoke — uniform call syntax for any callable
    Multiplier m{3};
    std::cout << std::invoke(add, 10, 20)       << '\n';  // 30
    std::cout << std::invoke(m, 7)              << '\n';  // 21
    std::cout << std::invoke(&Multiplier::multiply, m, 7) << '\n';  // 21
    std::cout << std::invoke(&Multiplier::factor, m)      << '\n';  // 3 (data member)
}

El Patron IIFE

IIFE (Expresion de Funcion Invocada Inmediatamente) es un patron tomado de JavaScript. Defines una lambda y la llamas inmediatamente. Esto es util para la inicializacion compleja de variables const:

const auto config = [&]() {
    Config c;
    c.host = read_env("HOST");
    c.port = parse_int(read_env("PORT"));
    if (c.port <= 0) c.port = 8080;
    c.debug = is_debug_build();
    return c;
}();  // <-- nota el () — invocada inmediatamente

Sin IIFE, necesitarias una variable no-const (perdiendo garantias de inmutabilidad) o una funcion fabrica separada. IIFE mantiene la logica de inicializacion local y el resultado const.

Error común

Capturar por referencia es peligroso cuando la lambda sobrevive a la variable capturada:

std::function<int()> make_counter() {
    int count = 0;
    return [&count]() { return ++count; };  // BUG: count se destruye!
}

La lambda devuelta contiene una referencia a una variable local que ya no existe. Esto es comportamiento indefinido. Corrigelo capturando por valor (con mutable si es necesario):

std::function<int()> make_counter() {
    int count = 0;
    return [count]() mutable { return ++count; };  // OK: posee una copia
}

Regla general: captura por referencia para lambdas de corta vida (predicados de algoritmos), captura por valor para lambdas de larga vida (callbacks, almacenadas en estructuras de datos).

Buena práctica

std::function tiene sobrecarga: asigna memoria (para closures grandes), usa despacho virtual y previene la inlineacion. Para predicados de algoritmos y otros casos donde el llamable se usa inmediatamente, pasa la lambda directamente — el compilador puede inlinearla completamente.

Usa std::function solo cuando necesites:
- Almacenar llamables para uso posterior
- Borrar el tipo de diferentes tipos de llamables en un contenedor uniforme
- Pasar llamables a traves de limites de ABI

En plantillas, usa auto o concepts para aceptar llamables sin borrado de tipo:

template<std::invocable<int> F>
void apply(F&& fn, int value) {
    fn(value);  // sin sobrecarga de std::function
}
Puntos clave
  • Las lambdas son objetos funcion anonimos de cero sobrecarga — usalas libremente con algoritmos de la STL
  • Captura por valor [x] para seguridad con lambdas de larga vida; captura por referencia [&x] para las de corta vida
  • Las lambdas genericas de C++14 (parametros auto) y las lambdas de plantilla de C++20 dan todo el poder de la programacion generica
  • std::function borra el tipo de los llamables pero tiene sobrecarga — prefiere auto o plantillas cuando sea posible
  • El patron IIFE [&]() { ... }() permite la inicializacion compleja de variables const
  • Las capturas de inicializacion ([x = expr]) permiten crear nuevas variables en el closure (C++14)

Quiz — Pon a prueba tus conocimientos

(15 XP)

1. Que hace la palabra clave `mutable` en una lambda?

2. Cual es el peligro de capturar una variable local por referencia en una lambda que se devuelve desde una funcion?

3. Que demuestra `[count = 0]() mutable { return ++count; }`?

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