C++ lambda 分析
作者：互联网
lambda 表达式分析
构造闭包：能够捕获作用域中变量的匿名函数的对象，Lambda 表达式是纯右值表达式，其类型是独有的无名非联合非聚合类类型，被称为闭包类型（closure type），所以在声明的时候必须使用 auto 来声明。
在其它语言如lua中，闭包的格式相对更为简单，可以使用 lambda 表达式作用域的所有变量，并且返回闭包
local function add10(arg)
local i = 10
local ret = function()
i = i - 1
return i + arg
end
return ret
end
print( add10(1)() ) -- 10C++ 中则显得复杂些，也提供了更多的功能来控制闭包函数的属性。
lambda 和 std::function
虽然 lambda 的使用和函数对象的调用方式有相似之处，
std::function<int(int, int)> add2 = [&](int a, int b) -> int {
return a + b + val + f1.value;
};但他们并不是同一种东西，lambda 的类型是不可知的（在编译期决定），使用 sizeof 两者的大小也是不相同的，std::function 是函数对象，通过消除类型再重载 operator() 达到调用的效果，只要这个函数满足可以调用的条件，就可以使用std::function保存起来，这也是上面例子的体现。
语法 C++ 17
- [ 捕获 ] ( 形参 ) 说明符(可选) 异常说明 -> ret { 函数体 }
- 全量声明
- [ 捕获 ] ( 形参 ) -> ret { 函数体 }
- const lambda 声明，复制捕获 的对象在 lambda 体内为 const
- [ 捕获 ] ( 形参 ) { 函数体 }
- 省略返回类型的声明，返回的类型从函数体的返回推导
- [ 捕获 ] { 函数体 }
- 无实参的函数
说明符 ：
mutable, 允许 函数体 修改各个复制捕获的形参constexprC++ 17, 显式指定函数调用符为constexpr，当函数体满足constexpr函数要求时，即使未显式指定，也会是constexpr
异常说明 ：提供 throw 或者 noexpect 字句
使用如下：
struct Foo {
int value;
Foo() : value(1) { std::cout << "Foo::Foo();\n"; }
Foo(const Foo &other) {
value = other.value;
std::cout << "Foo::Foo(const Foo &)\n";
}
~Foo() {
value = 0;
std::cout << "Foo::~Foo();\n";
}
};
int main() {
int val = 7;
Foo f1;
auto add1 = [&](int a, int b) mutable noexcept->int {
return a + b + val + f1.value;
};
// 使用 std::function 包装
std::function<int(int, int)> add2 = [&](int a, int b) -> int {
f1.value = val; // OK，引用捕获
return a + b + val + f1.value;
};
auto add3 = [&](int a, int b) { return a + b + val + f1.value; };
auto add4 = [=] {
// f1.value = val; // 错误，复制捕获 的对象在 lambda 体内为 const
return val + f1.value;
};
// 全 auto 也是可以，返回的这个 auto 不写也行
auto add5 = [=](auto a, int b) -> auto { return a + b; };
}
// 输出：
Foo::Foo();
Foo::Foo(const Foo &)
Foo::~Foo();
Foo::~Foo();Lambda 捕获
&（以引用隐式捕获被使用的自动变量）=（以复制隐式捕获被使用的自动变量）
当出现任一默认捕获符时，都能隐式捕获当前对象（this）。当它被隐式捕获时，始终被以引用捕获，即使默认捕获符是 = 也是如此。~~当默认捕获符为 = 时，（this） 的隐式捕获被弃用。 (C++20 起)~~，见this分析
捕获 中单独的捕获符的语法是
- 标识符
- 简单以复制捕获
- 标识符 ...
- 作为包展开的简单以复制捕获
- 标识符 初始化器
- 带初始化器的以复制捕获
- & 标识符
- 简单以引用捕获
- & 标识符 ...
- 作为包展开的简单引用捕获
- & 标识符 初始化器
- 带初始化器的以引用捕获
- this
- 当前对象的简单以引用捕获
- *this
- 当前对象的简单以复制捕获, C++17
捕获列表可以不同的捕获方式，当默认捕获符是 & 时，后继的简单捕获符必须不以 & 开始, 当默认捕获符是 = 时，后继的简单捕获符必须以 & 开始，或者为 *this (C++17 起) 或 this (C++20 起).
在上面的示例main中增加，部分代码如下，包括了两种捕获方式，及在函数体内修改lambda捕获变量的值，及返回对象
Foo f1;
Foo f2;
int val = 7;
auto add6 = [=, &f2](int a) mutable {
f2.value *= a;
f1.value += f2.value + val;
return f1;
};
Foo f3 = add6(3);又到了喜闻乐见反汇编的情况了，看看编译器是怎么实现的lambda表达式的。
_ZZ4mainENUliE_clEi:
.LFB10:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
subq $32, %rsp
movq %rdi, -8(%rbp)
movq %rsi, -16(%rbp)
movl %edx, -20(%rbp) // int a
movq -16(%rbp), %rax // -16(%rbp) = & this(f2)，每次都这么赋值，没优化的指令真的很冗余
movq (%rax), %rax
movl (%rax), %edx // %edx = f2.value
movq -16(%rbp), %rax
movq (%rax), %rax
imull -20(%rbp), %edx // %edx = f2.value * a
movl %edx, (%rax) // f2.value = %edx
movq -16(%rbp), %rax
movl 8(%rax), %edx // 在main函数中 -32(%rbp) + 8 = -24(%rbp) 也就是copy构造函数产生的 this 指针
movq -16(%rbp), %rax // 以下的就是那些加减了，
movq (%rax), %rax
movl (%rax), %ecx
movq -16(%rbp), %rax
movl 12(%rax), %eax
addl %ecx, %eax
addl %eax, %edx
movq -16(%rbp), %rax
movl %edx, 8(%rax)
movq -16(%rbp), %rax
leaq 8(%rax), %rdx
movq -8(%rbp), %rax
movq %rdx, %rsi // 上一个copy构造函数内的 this 指针
movq %rax, %rdi // copy构造的this指针
call _ZN3FooC1ERKS_ // 继续调用copy构造函数，返回
movq -8(%rbp), %rax
leave
.cfi_def_cfa 7, 8
ret
.cfi_endproc
// lambda 的析构函数，这个函数是隐式声明的
_ZZ4mainENUliE_D2Ev:
.LFB12:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
subq $16, %rsp
movq %rdi, -8(%rbp)
movq -8(%rbp), %rax
addq $8, %rax
movq %rax, %rdi
call _ZN3FooD1Ev
nop
leave
.cfi_def_cfa 7, 8
ret
.cfi_endproc
main:
.LFB9:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
subq $48, %rsp
movl $7, -4(%rbp) // int val = 7;
leaq -8(%rbp), %rax // -8(%rbp) = this(f1)
movq %rax, %rdi
call _ZN3FooC1Ev // Foo f1;
leaq -12(%rbp), %rax // -12(%rbp) = this(f2)
movq %rax, %rdi
call _ZN3FooC1Ev // Foo f2;
leaq -12(%rbp), %rax
movq %rax, -32(%rbp) // -32(%rbp) = this(f2)
leaq -8(%rbp), %rax // 取 this(f1)
leaq -32(%rbp), %rdx
addq $8, %rdx // copy 构造函数的 this = -24(%rbp)，记住这个 24
movq %rax, %rsi // 第二个参数 this（f1）
movq %rdx, %rdi // 第一个参数，调用copy构造函数的 this
call _ZN3FooC1ERKS_ // Foo(const Foo &);
movl -4(%rbp), %eax
movl %eax, -20(%rbp) // -20(%rbp) = 7
leaq -36(%rbp), %rax
leaq -32(%rbp), %rcx
movl $3, %edx
movq %rcx, %rsi // 第二个参数 this(f2) 的地址（两次 leaq）
movq %rax, %rdi // 需要返回的 Foo 对象的 this 指针
call _ZZ4mainENUliE_clEi // lambda 的匿名函数
leaq -36(%rbp), %rax
movq %rax, %rdi
call _ZN3FooD1Ev
leaq -32(%rbp), %rax
movq %rax, %rdi
call _ZZ4mainENUliE_D1Ev // 析构函数
leaq -12(%rbp), %rax
movq %rax, %rdi
call _ZN3FooD1Ev
leaq -8(%rbp), %rax
movq %rax, %rdi
call _ZN3FooD1Ev
movl $0, %eax
leave
.cfi_def_cfa 7, 8
ret
.cfi_endproc上面的汇编代码相对cpp代码还是比较多的，由于一些隐含规则的约束下，编译器做了很多的工作，产生的代码的顺序就比较混乱
- 使用
=值捕获时，会先调用copy构造函数 - 使用
&引用捕获时，将捕获对象的引用（地址）作为隐式参数传给匿名函数 - 编译器不仅会产生匿名函数，还会有一个析构函数产生，这个函数负责调用在匿名函数内的析构函数
生命周期
lambda表达式相关的对象的生命周期，见上反汇编：
- 全局，更外层作用域的生命周期不受影响
- 使用值捕获的情况，先于lambda表达式函数体构造对象，后于函数体执行完析构
- 在lambda表达式函数体内的对象，在函数体执行时创建，在闭包析构函数内析构
- lambda 对象的生命周期为所在作用域结束，析构的顺序为声明的逆序析构
this
使用 -std=c++14 生成的汇编代码在 =，&，this 捕获的情况下，产生的汇编代码几乎一样，都是使用的引用（this地址）传参，使用 -std=c++2a 的情况下，编译器不推荐使用值捕获的方式（虽然还是使用的引用捕获）。
TODO
- 补全对参数包的分析
参考
lambda 表达式，cppreference Lambda 表达式 (C++11 起)。
漫步星辰575654643
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标签：分析,Foo,函数,捕获,C++,rbp,lambda,rax,movq 来源： https://blog.csdn.net/good575654643/article/details/104116258