为什么通过引用捕获变量的 lambda 不能转换为函数指针？答案

【问题标题】：Why isn't a lambda that captures variables by reference convertible to a function pointer?为什么通过引用捕获变量的 lambda 不能转换为函数指针？
【发布时间】：2014-11-01 19:03:33
【问题描述】：

如果我有一个通过引用 ([&] {}) 捕获所有自动变量的 lambda，为什么不能将它转换为函数指针？普通函数可以修改变量，就像 lambda 可以通过引用捕获所有内容一样，那为什么不一样呢？

我想换句话说，带有& 捕获列表的 lambda 和一个常规函数之间的功能区别是什么，使得 lambda 不能转换为函数指针？

【问题讨论】：

必须将所有这些捕获变量的引用（实际上是指针）存储在某处。将“按引用捕获”视为“按值捕获地址”。
@IgorTandetnik：如果我们使用 GC（可能但很少见）或接受内存泄漏，这将是可解决的。
@Deduplicator：我想编译器可以在运行时动态生成程序集 thunk；我已经看到这样做了（如果您想知道的话，是由 Microsoft 的 ATL 完成的）。不过，这在按价值捕获时同样有效；通过引用捕获既无帮助也无害。
@IgorTandetnik：当然，我忽略了 OP 对引用的固定。
这是您对 C++ lambda 的唯一疑惑吗？我有一个更基本的问题：为什么明确禁止写下 lambda 的类型？您可以将其分配给auto 变量或将其类型作为模板参数传递，仅此而已。根本没有语法来编写接受 lambda 的非模板函数。 lambdas 的类型是唯一不能写下来的，这使得它们低于二等公民。就个人而言，如果语言功能被削弱是一种基本方式，我不会再考虑它。

标签： c++ c++11 lambda function-pointers

【解决方案1】：

让我们以一个平凡的 lambda 为例：

Object o;
auto foo = [&]{ return o; };

foo 的类型是什么样的？它可能看起来像这样：

struct __unique_unspecified_blah
{
    operator()() const {
        return o;
    }

    Object& o;
};

你能创建一个指向operator() 的函数指针吗？不，你不能。该函数需要一些来自其对象的额外信息。这与您无法将典型的类方法转换为原始函数指针的原因相同（没有this 所在的额外第一个参数）。假设您确实创建了一些 this 指针 - 它怎么知道从哪里获取 o？

问题的“引用”部分不相关 - 如果您的 lambda 捕获任何东西，那么它的 operator() 将需要引用对象中的某种存储。如果它需要存储，它不能转换为原始函数指针。

【讨论】：

“这与你不能将典型的类方法转换为原始函数指针的原因相同。”不，那是电话会议的事情。现在，如果你的意思是一个需要更少参数的原始函数指针（比如不需要this）......
@Deduplicator：考虑到其余的解释，我认为这正是他的意思......
@EdS.：只是 G++ 很乐意为您将成员函数指针转换为常规函数指针，而且它们工作顺利。
@Deduplicator：我猜是非虚拟的？我不太明白它在一般情况下如何工作。
@Deduplicator 如何将成员函数指针转换为常规函数指针？我以为他们会是不同的类型（比如void(*)() vs void(Obj::*)()）

【解决方案2】：

我猜换句话说，a 之间的功能区别是什么？带有& 捕获列表和常规函数的 lambda，使得 lambda 不能转换为函数指针？

引用虽然不是对象，但需要存储在某个地方。常规函数不能访问另一个函数的局部变量；只有可以引用局部变量的引用（例如作为参数）。可以使用 & 作为捕获默认值的 Lambda，因为可以捕获所需的每个变量。
换句话说：常规函数没有状态。带有捕获变量的闭包对象确实具有状态。所以一个闭包对象不能被简化为一个常规函数，因为状态会丢失。

【讨论】：

@Deduplicator 我并没有试图说这完全不可能，因为你可以做一些很好的技巧（例如使用静态地图）。我将尝试创建一个示例。
稍后再找。