在 C++11 中，什么时候应该按值捕获 lambda 表达式的绑定变量？

Question

我有一个 Visual Studio 2010 C++ 程序，其主要功能是：

vector<double> v(10);

double start = 0.0; double increment = 10.0;
auto f = [&start, increment]() { return start += increment; };
generate(v.begin(), v.end(), f);
for(auto it = v.cbegin(); it != v.cend(); ++it) { cout << *it << ", "; }

cout << endl << "Changing vars to try again..." << endl;
start = 15; increment = -1.5;
generate(v.begin(), v.end(), f);
for(auto it = v.cbegin(); it != v.cend(); ++it) { cout << *it << ", "; }
return 0;

当我在 MS Visual Studio 中编译该程序时，第一个生成按照我的预期进行，结果是“10, 20, ... 100,”。第二个没有； lambda“看到”了 start 中的变化，但看不到 increment 中的变化，所以我得到“25, 35, ... 115,”。

MSDN 解释

Visual C++ 编译器在声明表达式时（而不是调用表达式时）将 lambda 表达式绑定到其捕获的变量。 ...[T]稍后在程序中重新分配[通过值捕获的变量]不会影响表达式的结果。

所以我的问题是：这是符合标准的 C++11 行为，还是 Microsoft 自己的古怪实现？额外奖励：如果这是标准行为，为什么标准是这样写的？它与强制函数式编程的引用透明度有关吗？

Answer 1

对于 lambda 表达式，绑定变量在声明时被捕获。

这个示例会说得非常清楚：https://ideone.com/Ly38P

 std::function<int()> dowork()
 {
      int answer = 42;
      auto lambda = [answer] () { return answer; };

      // can do what we want
      answer = 666;
      return lambda;
 }

 int main()
 {
      auto ll = dowork();
      return ll(); // 42
 }

很明显，捕获必须发生在调用之前，因为被捕获的变量在以后甚至不再存在（不在范围内，也不在生命周期中）。

Answer 2

它在创建时绑定。考虑一下：

#include <functional>
#include <iostream>

std::function<int(int)> foo;

void sub()
{
    int a = 42;
    foo = [a](int x) -> int { return x + a; };
}

int main()
{
    sub();
    int abc = 54;
    abc = foo(abc); // Note a no longer exists here... but it was captured by
                    // value, so the caller shouldn't have to care here...
    std::cout << abc; //96
}

当函数被调用时，这里没有a——编译器无法返回并更新它。如果您通过引用传递a，则会出现未定义的行为。但如果你按值传递，任何理性的程序员都会期望它能工作。

Answer 3

我认为您将捕获机制与变量传递机制混淆了。即使它们表面上有些相似，它们也不是同一件事。如果您需要 lambda 表达式中变量的当前值，请通过引用捕获它（当然，该引用在声明 lambda 时绑定到特定变量）。

当您“捕获”变量时，您正在创建非常类似于闭包的东西。并且闭包始终是静态范围的（即“捕获”发生在声明点）。熟悉 lambda 表达式概念的人会发现 C++ 的 lambda 表达式非常奇怪且令人困惑，否则的话。在某种编程语言中添加一个与其他编程语言中的相同功能在某些方面有所不同的全新功能将使 C++ 比现在更加混乱和难以理解。此外，C++ 中的其他所有内容都是静态作用域的，因此添加一些动态作用域元素也会因为这个原因而非常奇怪。

最后，如果捕获总是通过引用发生，那么这意味着 lambda 仅在堆栈帧有效时才有效。要么你必须向 C++ 添加垃圾收集的堆栈帧（这对性能造成巨大影响，并且依赖堆栈很大程度上连续的人们会大喊大叫），要么你最终会创建另一个功能，在该功能中很容易毁掉你的功能。不小心踩了火箭筒，因为 lambda 表达式引用的堆栈帧会超出范围，并且您基本上会创建很多看不见的机会来通过引用返回局部变量。

Answer 4

是的，它必须在该点按值捕获，否则您可能会尝试捕获实际调用 lambda/函数时不再存在的变量（例如通过引用）。

该标准支持通过值和引用捕获来解决两种可能的用例。如果您告诉编译器按值捕获，则会在创建 lambda 时捕获该值。如果您要求通过引用捕获，它将捕获对变量的引用，然后在调用 lambda 时使用该变量（当然要求引用的变量在调用时必须仍然存在）已拨打电话）。