C++ lambda 表达式的生命周期是多少？

Posted 2023-04-18

【中文标题】C++ lambda 表达式的生命周期是多少？

【英文标题】：What is the lifetime of a C++ lambda expression?

【发布时间】：2011-12-17 23:59:34

【问题描述】：

（我已经阅读了What is the lifetime of lambda-derived implicit functors in C++?，它没有回答这个问题。）

我了解 C++ lambda 语法只是用于创建具有调用运算符和某些状态的匿名类的实例的糖，并且我了解该状态的生命周期要求（取决于您是否通过引用的值捕获。）但是 lambda 对象本身的生命周期是多少？在以下示例中，返回的 std::function 实例是否有用？

std::function<int(int)> meta_add(int x) 
    auto add = [x](int y)  return x + y; ;
    return add;

如果是，它是如何工作的？这对我来说似乎有点太神奇了——我只能想象它通过 std::function 复制我的整个实例来工作，根据我捕获的内容，这可能非常重——过去我主要使用了 std::function 与裸函数指针，复制它们很快。鉴于std::function 的类型擦除，这似乎也有问题。

【参考方案1】：

生命周期与将 lambda 替换为手动仿函数的情况完全相同：

struct lambda 
   lambda(int x) : x(x)  
   int operator ()(int y)  return x + y; 

private:
   int x;
;

std::function<int(int)> meta_add(int x) 
   lambda add(x);
   return add;

对象将被创建，在 meta_add 函数的本地，然后将 [in its entirty, including the value of x] 移动到返回值中，然后本地实例将超出范围并被销毁为普通的。但只要持有它的std::function 对象，从函数返回的对象将保持有效。这显然取决于调用上下文。

【讨论】：

问题是，我不知道这实际上也适用于命名类，它让我无所适从。

如果你不熟悉 C++11 之前的函数对象是如何工作的，你应该看看那些，因为 lambda 几乎只是函数对象的语法糖。一旦你明白了，很明显 lambda 具有与函数对象相同的值语义，因此它们的生命周期是相同的。

正常（在堆栈上分配）生命周期，但返回值优化？

不会在返回时添加被复制，而不是移动？一个真正的 lambda 会被移动吗？我不知道为什么不能这样，但也许它实际上不是这样工作的？？

【参考方案2】：

您似乎对 std::function 比对 lambdas 更困惑。

std::function 使用一种称为类型擦除的技术。快速浏览一下。

class Base

  virtual ~Base() 
  virtual int call( float ) =0;
;

template< typename T>
class Eraser : public Base

public:
   Eraser( T t ) : m_t(t)  
   virtual int call( float f ) override  return m_t(f); 
private:
   T m_t;
;

class Erased

public:
   template<typename T>
   Erased( T t ) : m_erased( new Eraser<T>(t) )  

   int do_call( float f )
   
      return m_erased->call( f );
   
private:
   Base* m_erased;
;

为什么要擦除类型？我们想要的类型不就是int (*)(float)吗？

类型擦除允许Erased 现在可以存储任何可调用的值，例如int(float)。

int boring( float f);
short interesting( double d );
struct Powerful

   int operator() ( float );
;

Erased e_boring( &boring );
Erased e_interesting( &interesting );
Erased e_powerful( Powerful() );
Erased e_useful( []( float f )  return 42;  );

【讨论】：

回想起来，我对 std::function 感到困惑，因为我不知道它保留了很多东西的所有权。我假设在实例离开范围后将实例“包装”到 std::function 中是无效的。 lambdas 引起混乱的原因是 std::function 基本上是传递它们的唯一方法（如果我有一个命名类型，我只会返回一个命名类型的实例，这很明显） ，然后我不知道实例去了哪里。

这只是示例代码，缺少一些细节。它会泄漏内存，并且缺少对std::move、std::forward 的调用。还有std::function一般会使用小对象优化来避免T小的时候使用堆。

对不起，我正在尝试了解擦除类型是什么，并且在您的示例中擦除类中您有 m_erased.call(f)。如果 m_erased 是一个成员指针，你怎么能做 m_erased.call(f)？我试图将点更改为箭头，我认为它正在尝试访问 Base 纯虚函数。这是因为这只是一个例子吗？我已经盯着它看了十分钟，我想我快疯了。谢谢

@TitoneMaurice：是的，那绝对应该是@​​987654332@。为什么你认为它会调用基础虚函数？请记住，即使派生类省略了virtual 关键字，虚函数也会被重载

【参考方案3】：

这是：

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

相当于：（或者也可以考虑）

struct MyLambda

    MyLambda(int x): x(x) 
    int operator()(int y) const  return x + y; 
private:
    int x;
;

所以你的对象正在返回一个看起来像这样的对象。它有一个定义明确的复制构造函数。所以它可以正确地从函数中复制出来，这似乎是非常合理的。

【讨论】：

要将其从函数中复制出来需要 std::function 知道它的类型 在 std::function 已被实例化。它怎么能做到这一点？唯一想到的技巧是一个指向模板类实例的指针，该模板具有一个知道 lambda 确切类型的虚函数。这看起来很讨厌，我什至不知道它是否真的有效。

@Joe：您基本上描述了您的磨机类型擦除操作，这正是它的工作原理。

@JoeWreschnig：你没有问std::function 是如何工作的；你问过 lambdas 是如何工作的。 std::function 不是一回事；这只是一种将通用可调用对象包装在对象中的方法。

@NicolBolas：嗯，我通过 std::function 返回是有原因的，因为那是我不明白的步骤。正如丹尼斯所说，这也适用于命名类，我不知道 - 大约在过去的一年里（在我开始使用 std::function 之后但在我开始使用 lambdas 之前）我一直认为它不起作用。跨度>

lambda 将被移动到 std::function<> 实例中，而不是被复制，因此拥有一个定义良好的复制构造函数是无关紧要的 - move 构造函数是相关的。

【参考方案4】：

在您发布的代码中：

std::function<int(int)> meta_add(int x) 
    auto add = [x](int y)  return x + y; ;
    return add;

函数返回的 std::function<int(int)> 对象实际上保存了一个已移动的 lambda 函数对象实例，该实例已分配给局部变量 add。

当您定义捕获按值或按引用的 C++11 lambda 时，C++ 编译器会自动生成唯一的函数类型，该类型的实例是在调用 lambda 或将其分配给变量时构造的。为了说明，您的 C++ 编译器可能会为 [x](int y) return x + y; 定义的 lambda 生成以下类类型：

class __lambda_373s27a

    int x;

public:
    __lambda_373s27a(int x_)
        : x(x_)
    
    

    int operator()(int y) const 
        return x + y;
    
;

那么，meta_add 函数本质上等价于：

std::function<int(int)> meta_add(int x) 
    __lambda_373s27a add = __lambda_373s27a(x);
    return add;

编辑：顺便说一句，我不确定你是否知道，但这是 C++11 中函数 currying 的示例。

【讨论】：

实际上，该函数返回的std::function<int(int)> 对象包含一个已移动 lambda 函数对象的实例——不执行任何副本。

ildjarn：meta_add(int) 函数是否需要返回std::move(add) 才能调用函数类型的移动构造函数（在这种情况下为__lambda_373s27a）？

不，return 语句允许隐式地将返回的值视为右值，使其隐式可移动并消除对显式 return std::move(...); 的需要（防止 RVO/NRVO，实际上使 @ 987654335@ 反模式）。因此，因为 add 在 return 语句中被视为右值，因此 lambda 被移动到 std::function<> 构造函数参数中。