C++ 中 lambda 的前向声明答案

【问题标题】：Forward declaration of lambdas in C++C++ 中 lambda 的前向声明
【发布时间】：2016-11-22 06:26:39
【问题描述】：

在 C++ 中，可以将函数的声明和定义分开。例如，声明一个函数是很正常的：

int Foo(int x);

在Foo.h 中并在Foo.cpp 中实现它。是否可以用 lambdas 做类似的事情？例如，定义一个

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

在bar.h 中并在bar.cpp 中实现它：

std::function<int(int)> bar = [](int n)
{
    if (n >= 5) 
        return n;
    return n*(n + 1);
};

免责声明：我在 C# 中使用过 lambda，但在 C++ 中使用的并不多。

【问题讨论】：

如果你要给 lambda 起一个名字，你也可以把它变成一个普通的函数。
@Brian 我知道，这是有道理的。我问这个问题的主要原因是好奇，我想知道它的可能性。
仅供参考； std::function<int(int)> 能够存储 lambda；但 lambda 没有 std::function<...> 类型；而是拥有自己独特的未命名类型。如果推导出变量的类型（通过auto 或模板参数类型推导），您可以将 lambda 直接存储在变量中。 std::function 有一个模板构造函数，它能够通过模板参数类型推导的原理来获取一个 lambda 参数。
我们来看这个：int b; b = 13;您声明名称，而不是文字。您将如何声明 13，为什么？您的 lambda 类似于 13，bar 类似于 b。
顺便说一下，C#中的区别是一样的。您似乎将 (C#) 委托与 (C#) lambda 混淆（本质上是：“匿名委托实现”）。在 C# 中，可以将 lambdas 分配给委托（变量），但它们不是一回事，就像在 C++ 中一样。

标签： c++ c++11 lambda declaration definition

【解决方案1】：

lambdas 的声明和定义不能分开，也不能转发声明。它的类型是一个独特的未命名的闭包类型，用 lambda 表达式声明。但是您可以使用 std::function 对象来做到这一点，该对象旨在能够存储任何可调用目标，包括 lambda。

正如您的示例代码所示，您一直在使用 std::function，请注意，对于这种情况，bar 确实是一个全局变量，您需要在头文件中使用 extern 使其成为声明（不是定义）。

// bar.h
extern std::function<int(int)> bar;     // declaration

和

// bar.cpp
std::function<int(int)> bar = [](int n) // definition
{
    if (n >= 5) return n;
    return n*(n + 1);
};

再次注意，这不是 lambda 的单独声明和定义；它只是一个类型为std::function<int(int)> 的全局变量bar 的单独声明和定义，它是从一个lambda 表达式初始化的。

【讨论】：

@Mzhr 请注意，lambda 的类型不是 std::function，而是 lambda 独有的未命名类型。 std::function 是任何可调用对象的多态包装器。

【解决方案2】：

严格来说你不能

引用cpp reference

lambda 表达式是一个纯右值表达式，其值为 (直到 C++17)，其结果对象是（自 C++17 起）未命名的临时对象唯一的未命名非联合非聚合类类型，称为闭包类型，以最小的形式声明（为了 ADL 的目的）包含 lambda 的块作用域、类作用域或命名空间作用域表达

所以 lambda 是一个未命名的临时对象。您可以将 lambda 绑定到左值对象（例如 std::function），并且通过有关变量声明的常规规则，您可以将声明和定义分开。

【讨论】：

感谢您的详细回复。我可以问一下你的报价来源吗？它来自 C++ 规范吗？

【解决方案3】：

前向声明不是正确的术语，因为 C++ 中的 lambda 是对象，而不是函数。代码：

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

声明一个变量，你不必为它赋值（该类型的默认值是“指向无函数的指针”）。您甚至可以编译对它的调用...例如代码：

#include <functional>
#include <iostream>

int main(int argc, const char *argv[]) {
    std::function<int(int)> bar;
    std::cout << bar(21) << "\n";
    return 0;
}

将编译干净（但当然会在运行时表现得很疯狂）。

也就是说，您可以将 lambda 分配给兼容的 std::function 变量并添加例如：

bar = [](int x){ return x*2; };

在调用之前将产生一个可以正常编译并生成输出 42 的程序。

关于 C++ 中的 lambdas 的一些非显而易见的事情可能会令人惊讶（如果您知道其他具有此概念的语言）

每个 lambda [..](...){...} 都有不同的不兼容类型，即使签名完全相同。例如，您不能声明 lambda 类型的参数，因为唯一的方法是使用类似 decltype([] ...) 的东西，但是没有办法调用该函数，因为调用站点上的任何其他 []... 形式都是不兼容的。 std::function 解决了这个问题，因此如果您必须传递 lambdas 或将它们存储在容器中，您必须使用 std::function。
Lambda 可以通过值（但它们是 const，除非您声明 lambda mutable）或通过引用（但保证被引用对象的生命周期不会短于lambda 取决于程序员）。 C++ 没有垃圾收集器，这是正确解决“upward funarg”问题所需要的（您可以通过捕获智能指针来解决问题，但必须注意引用循环以避免泄漏）。
与其他语言不同，可以复制 lambdas，当您复制它们时，您会对其内部捕获的按值变量进行快照。这对于可变状态来说可能非常令人惊讶，这就是我认为默认情况下捕获的按值值是const 的原因。

一种合理化和记住有关 lambda 的许多细节的方法是这样的代码：

std::function<int(int)> timesK(int k) {
    return [k](int x){ return x*k; };
}

基本上是这样的

std::function<int(int)> timesK(int k) {
    struct __Lambda6502 {
        int k;
        __Lambda6502(int k) : k(k) {}
        int operator()(int x) {
            return x * k;
        }
    };
    return __Lambda6502(k);
}

有一个细微的差别，即使是 lambda 捕获引用也可以被复制（通常包含作为成员的引用的类不能）。

【讨论】：