为什么 C++11 不将 lambda 隐式转换为 std::function 对象？

Question

我实现了一个通用的事件发射器类，它允许代码注册回调，并发出带有参数的事件。我使用 Boost.Any 类型擦除来存储回调，以便它们可以具有任意参数签名。

一切正常，但由于某种原因，传入的 lambda 必须首先转换为 std::function 对象。为什么编译器不推断 lambda 是函数类型？是因为我使用可变参数模板的方式吗？

我使用 Clang（版本字符串：Apple LLVM version 5.0 (clang-500.2.79) (based on LLVM 3.3svn)）。

代码：

#include <functional>
#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
#include <vector>

#include <boost/any.hpp>


using std::cout;
using std::endl;
using std::function;
using std::map;
using std::string;
using std::vector;


class emitter {

   public:

      template <typename... Args>
      void on(string const& event_type, function<void (Args...)> const& f) {
         _listeners[event_type].push_back(f);
      }

      template <typename... Args>
      void emit(string const& event_type, Args... args) {
         auto listeners = _listeners.find(event_type);
         for (auto l : listeners->second) {
            auto lf = boost::any_cast<function<void (Args...)>>(l);
            lf(args...);
         }
      }

   private:

      map<string, vector<boost::any>> _listeners;

};


int main(int argc, char** argv) {

   emitter e;

   int capture = 6;

   // Not sure why Clang (at least) can't deduce the type of the lambda. I don't
   // think the explicit function<...> business should be necessary.
   e.on("my event",
        function<void ()>( // <--- why is this necessary?
           [&] () {
              cout << "my event occurred " << capture << endl;
           }));
   e.on("my event 2",
        function<void (int)>(
           [&] (int x) {
              cout << "my event 2 occurred: " << x << endl;
           }));
   e.on("my event 3",
        function<void (double)>(
           [&] (double x) {
              cout << "my event 3 occurred: " << x << endl;
           }));
   e.on("my event 4",
        function<void (int, double)>(
           [&] (int x, double y) {
              cout << "my event 4 occurred: " << x << " " << y << endl;
           }));

   e.emit("my event");
   e.emit("my event 2", 1);
   e.emit("my event 3", 3.14159);
   e.emit("my event 4", 10, 3.14159);

   return EXIT_SUCCESS;
}

Answer 1

lambda 不是 std::function，std::function 不是 lambda。

lambda 是创建匿名类的语法糖，如下所示：

struct my_lambda {
private:
  int captured_int;
  double captured_double;
  char& referenced_char;
public:
  int operator()( float passed_float ) const {
    // code
  }
};
int captured_int = 7;
double captured_double = 3.14;
char referenced_char = 'a';
my_lambda closure {captured_int, captured_double, referenced_char};
closure( 2.7f );

从此：

int captured_int = 7;
double captured_double = 3.14;
char referenced_char = 'a';
auto closure = [=,&referenced_char](float passed_float)->int {
  // code
};
closure(2.7);

my_lambda 的类型名称实际上是一些不可命名的类型。

std::function 是完全不同的东西。它是一个使用特定签名实现operator() 的对象，并将智能值语义指针存储到涵盖复制/移动/调用操作的抽象接口。它有一个templated 构造函数，可以采用任何支持复制/移动/operator() 并具有兼容签名的类型，生成一个实现抽象内部接口的具体自定义类，并将其存储在上述内部值语义中智能指针。

然后它将操作作为值类型从自身转发到抽象内部指针，包括完美转发到调用方法。

碰巧，您可以将 lambda 存储在 std::function 中，就像您可以存储函数指针一样。

但是有无数不同的std::function 可以存储给定的 lambda -- anything 其中类型可以转换为参数并从参数有效，实际上同样有效，因为就std::function而言。

templates 中的 C++ 类型推导在“你可以转换成”级别上不起作用——它是模式匹配，纯粹而简单。由于 lambda 是与任何 std::function 无关的类型，因此无法从中推导出 std::function 类型。

如果 C++ 在一般情况下尝试这样做，则必须反转图灵完备过程以确定可以将哪些（如果有）类型集传递给 template 以生成转换兼容实例。

理论上，我们可以在语言中添加“运算符推导模板参数”，给定template 的实现者可以编写采用任意类型的代码，然后他们试图梳理出“从这种类型，什么template 参数应该用于实例”。但是 C++ 没有这个。

Answer 2

编译器不会推断任何东西，因为编译器实现了 C++ 语言，而该语言的模板参数推导规则不允许以您想要的方式进行推导。

这是一个代表您的情况的简单示例：

template <typename T> struct Foo
{
    Foo(int) {}
};

template <typename T> void magic(Foo<T> const &);

int main()
{
    magic(10);   // what is T?
}

Answer 3

当boost::any 存储一个值时，它使用该对象的静态类型来确定存储的对象类型。然后，如果您指定所存储内容的静态类型，则只能将 any 转换回正确类型的对象。

每个 C++ lambda 都与对用户不透明的实现定义类型相关联。尽管 lambdas 可以作为函数调用，但它们不会直接计算为 std::functions。将 lambda 存储在 any 中时需要进行强制转换，以确保存储的静态类型是 std::function，以便在您进行转换时使用。

希望这会有所帮助！