简单分析lambda实现原理

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本文首发于我的公众号：码农手札，主要介绍linux下c++开发的知识包括网络编程的知识同时也会介绍一些有趣的算法题，欢迎大家关注，利用碎片时间学习一些编程知识，冰冻三尺非一日之寒，让我们一起加油！

前言

今天在网上冲浪的时候无意中看到了lambda的表达式，突然想到一个问题，lambda表达式的实现原理是什么呢，今天，我们就来做个简单的分析，了解一下c++在提供lambda表达式背后的实现机制

例子

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std::vector<int> vec = {1,2,3};

auto func = [=](){
    auto vec2 = std::move(vec);
    std::cout << vec.size() << std::endl; // 输出：3
    std::cout << vec2.size() << std::endl; // 输出：3
};

这段代码的输出结果相当大家都不会觉得奇怪，vec和vec2的size大小都是3，那么接下来看这个例子：

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std::vector<int> vec = {1,2,3};

auto func = [=]() mutable{
    auto vec2 = std::move(vec);
    std::cout <<vec.size() << std::endl; // 输出：0
    std::cout <<vec2.size() << std::endl; // 输出：3
};

这次相信很多人已经没办法理解了，那么接下来我们来解释一下

move的本质

关于move，我们需要知道的最重要的事情就是move一定会成功吗？
显然不是，让我们来看看move的简易实现代码：

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template<typename T>
decltype(auto) move(T&& param)
{
    using ReturnType = remove_reference_t<T>&&;
    return static_cast<ReturnType>(param);
}

从代码可以看出来，move的本质是调用了static_cast做了一层强制转换，强制类型转换的目标类型是remove_reference_t<T>&&，关于remove_reference_t，是为了去除类型本身的引用，比如参数是左值引用。简单来说，move的目的是将对象强制类型转换为右值引用。那么使用move实现移动语义的本质又是什么呢，很简单，本质上就是移动构造函数或者移动赋值运算符，因此，对于下面这种例子：

A a = std::move(b);//假定A定义了移动构造函数

那么就会调用A的移动构造函数来构造a，实现了移动语义。

那么问题来了，什么情况下move会失效呢，其实很简单，如果move之后的变量类型不是&&,那么就不会触发移动构造函数或者移动构造运算符，譬如下面这个例子：

const std::string str = “hello world”;
std::string str2(std::move(str));

这种情况下，对str调用move函数得到的变量类型是const std::string&& ，所以移动构造函数实际上不会起作用，反而会触发拷贝构造函数（由完美转发）

接下来我们来解释为什么两个例子有不同的结果，首先我们需要了解lambda的原理

lambda闭包原理

对于c++的lambda，编译器会将转换为一个匿名的闭包类（闭包简单来理解就是带有上下文，也就是有状态的），所以对于开始例子中给出的一个lambda，实际上转化为下面的代码：

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///before translation
auto fun = [=](){
  auto v2 = std::move(v1);
}

///after translation
class CloseFunc{
public:
  void operator()() const{
    auto v2 = std::move(v1);
  }
private:
  vector<int> v1;///or maybe const? but it doesn't matter
};

CloseFunc func;

需要注意的是，生成的闭包类的operator()函数默认被const修饰，也就是说operator()函数是const成员函数，所以对成员变量v1调用std::move的结果就会引发上面所说的move失效的情况，转变出来的类型是const string&&，所以移动构造函数并不会被调用，反而调用的是拷贝构造函数

总结

到这里，大家应该可以理解第一个例子中的情况，在第二个例子中我们引入了mutable，这样的话闭包类生成的operator()函数不会被const修饰，所以我们调用move就会成功匹配到移动构造函数，实现了移动语义

参考文章:
c++闭包理解
c++中mutable关键字
C++中lambda表达式详解与原理分析
C++ lambda 内 std::move 失效问题的思考