C++ Lambda、捕获、智能 Ptr 和堆栈：为什么会这样？答案

【问题标题】：C++ Lambdas, Capturing, Smart Ptrs, and the Stack: Why Does this Work?C++ Lambda、捕获、智能 Ptr 和堆栈：为什么会这样？
【发布时间】：2011-12-19 04:13:24
【问题描述】：

我一直在尝试 C++11 中的一些新功能，并尝试编写以下程序，但希望它不起作用。令我惊讶的是，它确实如此（在带有 'std=c++0x' 标志的 Linux x86 上的 GCC 4.6.1 上）：

#include <functional>
#include <iostream>
#include <memory>

std::function<int()> count_up_in_2s(const int from) {
    std::shared_ptr<int> from_ref(new int(from));
    return [from_ref]() { return *from_ref += 2; };
}

int main() {
    auto iter_1 = count_up_in_2s(5);
    auto iter_2 = count_up_in_2s(10);

    for (size_t i = 1; i <= 10; i++)
        std::cout << iter_1() << '\t' << iter_2() << '\n'
        ;
}

我期望在每次执行返回的 lambda 时删除“from_ref”。这是我的推理：一旦 count_up_in_2s 运行，from_ref 就会从堆栈中弹出，但是由于返回的 lambda 不一定立即运行，因为它已返回，所以在短时间内不存在另一个引用，直到相同的引用被当 lambda 实际运行时被推回，所以 shared_ptr 的引用计数不应该为零然后删除数据吗？

除非 C++11 的 lambda 捕获比我认为的要聪明得多，否则我会很高兴。如果是这种情况，我是否可以假设只要 /something/ 处理动态分配的内存，C++11 的变量捕获将允许所有的词法作用域/闭包技巧，就像 Lisp 一样？我是否可以假设所有捕获的引用都将保持活动状态，直到 lambda 本身被删除，从而允许我以上述方式使用 smart_ptrs？

如果这是我想的那样，这是否意味着 C++11 允许表达性的高阶编程？如果是这样，我认为 C++11 委员会做得很好 =)

【问题讨论】：

标签： c++ variables memory-management lambda c++11

【解决方案1】：

lambda 按值捕获from_ref，因此它会进行复制。因为这个副本，from_ref 被销毁时引用计数不是 0，而是因为 lambda 中仍然存在副本，所以它是 1。

【讨论】：

那么我理解 std::function 对象本身在整个实例期间存储捕获值是否正确？并且通过存储这个引用，shared_ptr 引用计数永远不会达到 0？啊，我明白了。多么优雅。
@Louis 不，不是 function 对象，而是 lambda。 std::function 不知道 lambdas 的捕获。
因此，引用的捕获和存储作为一种特殊情况处理，而不是作为 std::function 实例中的成员存储。谢谢。
@Louis - 捕获的变量存储为编译器生成的 lambda 对象的成员变量。每个 lambda 表达式都会生成一个自定义类，该类将捕获存储为成员（通过引用或按值，具体取决于捕获模式），并具有与 lambda 主体等效的operator()。然后实例化这个类以创建 lambda 表达式的结果值。

【解决方案2】：

以下内容：

std::shared_ptr<int> from_ref(new int(from));
return [from_ref]() { return *from_ref += 2; };

基本上相当于这个：

std::shared_ptr<int> from_ref(new int(from));
class __uniqueLambdaType1432 {
  std::shared_ptr<int> capture1;
 public:        
  __uniqueLambdaType1432(std::shared_ptr<int> capture1) :
    capture1(capture1) { 
  }
  decltype(*capture1 += 2) operator ()() const {
    return *capture1 += 2;
  }
};
return __uniqueLambdaType1432(from_ref);

其中__uniqueLambdaType1432 是一个程序全局唯一类型，不同于任何其他类型，甚至是由词法相同的 lambda 表达式生成的其他 lambda 类型。它的实际名称对程序员来说是不可用的，除了原始 lambda 表达式产生的对象之外，不能创建它的其他实例，因为构造函数实际上是用编译器魔法隐藏的。

【讨论】：

【解决方案3】：

from_ref 是按值捕获的。

如果你替换，你的推理是有效的

return [from_ref]() { return *from_ref += 2; };

与

return [&from_ref]() { return *from_ref += 2; };

【讨论】：