为什么非可变 lambda 中的字段在捕获 const 值或 const 引用时使用“const”？

Question

如问题lambda capture by value mutable doesn't work with const &? 中所见，当在可变lambda 中使用其名称或[=] 捕获类型为const T& 的值时，隐藏类中的字段的类型为const T。可以说，对于可变 lambda，这是正确的做法。

但是为什么对非可变 lambda 也这样做呢？在非可变 lambda 中，operator()(...) 被声明为 const，因此无论如何它都无法修改捕获的值。

当我们移动 lambda 时，会发生这种不良后果，例如将其包装在 std::function 中时。

请看以下两个例子：

#include <cstdio>
#include <functional>

std::function<void()> f1, f2;

struct Test {
    Test() {puts("Construct");}
    Test(const Test& o) {puts("Copy");}
    Test(Test&& o) {puts("Move");}
    ~Test() {puts("Destruct");}
};

void set_f1(const Test& v) {
    f1 = [v] () {}; // field type in lambda object will be "const Test"
}

void set_f2(const Test& v) {
    f2 = [v = v] () {}; // field type in lambda object will be "Test"
}

int main() {
    Test t;
    puts("set_f1:");
    set_f1(t);
    puts("set_f2:");
    set_f2(t);
    puts("done");
}

我们得到以下编译器生成的 lambda 类：

class set_f1_lambda {
    const Test v;
public:
    void operator()() const {}
};

class set_f2_lambda {
    Test v;
public:
    void operator()() const {}
};

程序打印以下内容（使用 gcc 或 clang）：

Construct
set_f1:
Copy
Copy
Copy
Destruct
Destruct
set_f2:
Copy
Move
Move
Destruct
Destruct
done
Destruct
Destruct
Destruct

v 值在第一个示例set_f1 中被复制不少于三次。

在第二个示例set_f2 中，唯一的副本是在捕获值时（如预期的那样）。使用两个动作的事实是 libstdc++ 中的一个实现细节。第一个动作发生在operator= 内部std::function 当按值将仿函数传递给内部函数时（为什么这个函数签名不使用传递引用？）。第二步发生在 move 构造最终的堆分配函子时。

但是，如果字段是const，则 lambda 仿函数对象的移动构造函数不能对字段使用移动构造函数（因为这样的构造函数在窃取其内容后无法“清除” const 变量） .这就是为什么必须对这些字段使用复制构造函数。

所以对我来说，在非可变 lambda 中将值捕获为 const 似乎只会产生负面影响。我是否遗漏了一些重要的东西，或者只是以这种方式标准化以使标准更简单？

Answer 1

我是否遗漏了一些重要的东西，或者只是以这种方式标准化以使标准更简单？

最初的 lambda 提案，

• N2550: Lambda Expressions and Closures: Wording for Monomorphic Lambdas (Revision 4)

区分捕获对象的类型和lambda的闭包类型对应数据成员的类型：

/6 闭包对象的类型是一个具有唯一名称的类，称之为F，认为是定义在 出现 lambda 表达式。

在上下文中查找有效捕获集中的每个名称 N 其中 lambda 表达式出现以确定其对象类型； 在引用的情况下，对象类型是引用所引用的类型。对于有效捕获集中的每个元素，F 有一个私有的非静态数据成员如下：

• 如果元素是 this，则数据成员有一些唯一的名称，称为 t，并且是 this 的类型（[class.this]， 9.3.2);
• 如果元素的形式为&N，则数据成员的名称为N，类型为“对N的对象类型的引用”； 5.19。常数表达式 3
• 否则，元素的形式为 N，数据成员的名称为 N，类型为“cv-unqualified object type of N”。

在这个原始措辞中，OP 的示例不会产生const 限定的数据成员v。我们可能还会注意到我们认可该措辞

在引用的情况下，对象类型是引用所指的类型

在 lambdas 最终措辞的[expr.prim.lambda.capture]/10 中存在（但直接说明 数据成员的类型，而不是对象类型）： p>

这种数据成员的类型如果实体是对对象的引用，则为被引用类型，如果实体是对函数的引用，则为对被引用函数类型的左值引用，或者否则为对应捕获实体的类型。

发生了什么

• N2927: New wording for C++0x Lambdas (rev. 2)

重写了 N2550 的大部分措辞：

在 2009 年 3 月的 Summit 会议期间，大量与 C++0x 相关的问题 Lambdas 由核心工作组 (CWG) 提出和审查。决定清楚后 对于大多数这些问题的方向，CWG 得出结论，最好重写该部分 在 Lambdas 上实现该方向。本文介绍了这种重写。

特别是，对于这个问题的上下文，解决 CWG 问题

• CWG 756. Dropping cv-qualification on members of closure objects

[...] 考虑以下示例：

void f() {
  int const N = 10;
  [=]() mutable { N = 30; }  // Okay: this->N has type int, not int const.
  N = 20;  // Error.
}

也就是说，作为闭包对象成员的N不是const， 即使捕获的变量是 const。 这看起来很奇怪，因为 捕获基本上是一种捕获本地环境的方法 避免生命周期问题的方法。 更严重的是，类型的变化 表示 decltype、重载决议和模板的结果 参数推导应用于 lambda 中的捕获变量 表达式可以不同于包含 lambda 表达式，这可能是一个微妙的错误来源。

之后，措辞（从 N2927 开始）变成了我们看到的最终进入 C++11 的措辞

此类数据成员的类型 如果实体不是对 对象，否则引用类型。

如果我敢推测，CWG 756 的决议还意味着为引用类型的实体的值捕获保留 cv 限定符，这可能是一个疏忽。