lambda 函数返回值的有效性

Posted 2023-02-17

【中文标题】lambda 函数返回值的有效性

【英文标题】：validity of the lambda function return value

【发布时间】：2018-05-16 07:59:05

【问题描述】：

多年后我重新开始使用 C++ 编程，但我有一些疑问。

我创建了这个函数：

typedef  std::function<const char *(void)> GetMessageLog;

void addLog(byte logLevel, GetMessageLog get)

  if (loglevelActiveFor(LOG_TO_SERIAL, logLevel)) 
    Serial.print(millis());
    Serial.print(F(" : "));
    Serial.println(get());
  
  if (loglevelActiveFor(LOG_TO_SYSLOG, logLevel)) 
    syslog(logLevel, get());
  
  if (loglevelActiveFor(LOG_TO_WEBLOG, logLevel)) 
    Logging.add(logLevel, get());
      

我想如下使用它：

addLog(LOG_LEVEL_INFO, [&]()

  String log = F("HX711: GPIO: SCL=");
  log += pinSCL;
  log += F(" DOUT=");
  log += pinDOUT;
  return log.c_str();
);

保证log.c_str()的有效性直到addLog结束或者如果有什么东西打断了正常的程序流程（任何事件处理程序），字符串对象就被销毁了？

【参考方案1】：

这实际上取决于String 是什么，但最有可能的是，log.c_str() 的返回值仅在log 本身有效时才有效（std::string 肯定是这种情况）。这意味着在您的情况下，它根本不可用：当 lambda 返回时，log 被销毁，因此从 lambda 返回的指针已经悬空。

幸运的是，解决方案很简单。将 lambda 的返回类型更改为 String 并让它返回 log 本身。如果您最终需要const char*，您可以在返回值上调用c_str()，这样您可以更好地控制生命周期。

【参考方案2】：

String 是 lambda 的本地变量，因此（假设它或多或少类似于 std::string）你不能使用 c_str 作为返回值，因为当调用者访问它时，本地已经死了。

另一个潜在的问题是，您使用[&] 引用变量pinSCL 和pinDOUT 来捕获。如果 lambda 被存储起来并且它的生命周期在这两个变量的生命周期之后结束，那么调用它也是未定义的行为。

【讨论】：

感谢您的回复。 pinSCL 和 pinDOUT 对于调用 addLog 的函数是本地的。 C++直到addLog的调用函数结束才保证有效性？

@Wee 不，因为 lambda 是单独的范围。无论如何，它是一个闭包，本质上您使用operator() 创建了一个对象，其中包含成员变量-对那些捕获的变量的引用，lambda 表达式的主体就是该运算符。如果 addLog 实际上是异步调用 lambda 的，还必须小心，当本地函数退出并且 lambda 将无效时，这些引用将消失

@6502 这样定义addLog的目的是只有满足logLevel的条件才调用lambda方法。 addLog 在许多具有异构信息的方法中被调用。你会建议我如何实现它？

@Wee 有效性问题：a) lambda 对象构建需要时间。 b) 您的addLog 编写方式可能会调用 get() 三次 - 除非这些级别是独占的 - 如果是，是否有 else 被遗忘？检查 any 所需的日志记录级别是否处于活动状态并调用 get() 一次是否谨慎？

@Wee：不幸的是，C++ 没有垃圾收集器，这是完整实现 lambdas 通过引用捕获并超出创建它们的范围所必需的（这在文献中称为“向上 funarg 问题”） .您可以做的是 复制 lambda 函数中的值，而不是使用引用，但这并不总是可行的（您也可以尝试使用基于 shared_ptr 的更复杂的解决方案 - 但 C++ 再一次没有垃圾收集器，因此您最终可能会泄漏引用循环）。

【参考方案3】：

欢迎回到 C++！你会发现它在本世纪发生了很大的变化，而且变得更好了。

对象“字符串日志”仅在调用 addLog 期间存在。您不能返回 log.c_str() ，因为这将返回一个指向在返回后将不再存在的对象的悬空指针。解决方案很简单——只返回“log”本身。让这个函数（和 GetMessageLog）返回不是旧式 C“char *”，而是现代 C++“std::string”。

在旧的 C++ 中，从函数中返回 std::string 常常令人不悦，因为它总是涉及该字符串的复制，有时甚至多次。随着移动构造函数的出现（这可能是 C++11 中最重要的新特性），这不再是真的。该函数构建一个字符串，当返回它时，该字符串不会被复制，而是“移动” - 这涉及仅复制它保存到其数据数组的指针，而不是复制数组本身。

在现代 C++ 中，您很少会像在本例中使用的 char* 那样使用旧式裸指针。你通常会使用像 std::string 这样的对象而不是 char*，像 std::vector 这样的容器而不是 int*，像 std::unique_ptr 这样的智能指针而不是 T*。所有这些对象都比裸指针更安全，因为它们让您更少机会弄乱对象的生命周期，并且是异常安全的（即，如果在代码中间发生异常，您不会忘记释放你分配的内存）。

【讨论】：

不，std::string 并非所有平台都支持（ISO 实际上不需要实现 all 类）。字符串是嵌入式平台的东西之一。如果那是那个平台，那么unique_ptr 根本不存在。

std::string 绝对是 C++11 标准的一部分。 std::unique_ptr 也是如此。如果您没有使用带有全套库的标准 C++，而是使用具有不同类的某种精简版本，那么您可能没有这些，但很可能您有它们的非标准变体。就像那个“String”，它大概类似于std::string，并且像它有一个移动构造函数一样，我上面所说的一切也适用于它。

这些是该平台的供应商标准，尽管实现不同（并且不太可能在 PC 平台上移植），但它在这方面的行为是相同的。没有移动构造函数..除非在新版本中进行了更改，否则移动在 Arduino 上不是那么有效。我能想到的最接近的是旧的 Delphi 类集，它们在接口上是相同的（对于进行格式化的构造函数）

【参考方案4】：

那是 Arduino API 吗？这样会导致 UB，String 会在退出关闭时销毁其资源。

技术上，如果你重新设计类型

typedef  std::function<String(void)> GetMessageLog;

那你就可以写了

addLog(LOG_LEVEL_INFO, [&]() -> String

  String log = F("HX711: GPIO: SCL=");
  log += pinSCL;
  log += F(" DOUT=");
  log += pinDOUT;
  return log;
);

如果编译器不支持命名返回值优化，则将其转换为单行以减少复制操作的数量。

【讨论】：

感谢您的回复。这么定义的addLog的目的是只有满足logLdvel的条件才调用lambda方法。如果添加了重载，则不满足目的。

@Wee 我看到只有更改 GetMessageLog 的签名。不要尝试从字符串传递内部指针