模板化函数应该通过值还是通过右值引用来获取 lambda 参数？答案

【问题标题】：Should templated functions take lambda arguments by value or by rvalue reference?模板化函数应该通过值还是通过右值引用来获取 lambda 参数？
【发布时间】：2012-09-14 22:38:59
【问题描述】：

C++11 模式下的 GCC 4.7 允许我定义一个采用 lambda 的函数，有两种不同的方式：

// by value
template<class FunctorT>
void foo(FunctorT f) { /* stuff */ }

还有：

// by r-value reference
template<class FunctorT>
void foo(FunctorT&& f) { /* stuff */ }

但不是：

// by reference
template<class FunctorT>
void foo(FunctorT& f) { /* stuff */ }

我知道我可以取消模板函数并只使用 std::functions 代替，但 foo 很小且内联，我想给编译器最好的机会来内联它对 f 的调用里面。在前两个中，如果我特别知道我正在传递 lambda，这对于性能来说更可取，为什么不允许将 lambda 传递给最后一个？

【问题讨论】：

标签： c++ templates lambda c++11 g++

【解决方案1】：

FunctorT&& 是一个通用参考，可以匹配任何东西，而不仅仅是右值。这是在 C++11 模板中传递内容的首选方式，除非您绝对需要副本，因为它允许您使用完美转发。通过std::forward<FunctorT>(f) 访问该值，这将使f 再次成为右值（如果它是以前的），否则将其保留为左值。阅读更多关于转发问题的here 和std::forward 并阅读here 了解std::forward 如何真正工作的分步指南。 This 也是一本有趣的书。

FunctorT& 只是一个简单的左值引用，您不能将临时变量（lambda 表达式的结果）绑定到它。

【讨论】：

@Joseph：首先，如果您将临时值传递给第一个函数，则临时值将被移动到参数中，而不是复制。只有在您传递 lvalu 时才会复制它。对于通用引用，您既不会复制也不会移动，因为它是直接绑定到临时（或左值或传递的任何内容）的 reference。很多时候，无论如何都会有复制省略，根本看不到任何复制/移动（具有副作用的复制/移动ctor可以被省略，不会发生副作用，这是标准特别允许的）。跨度>
@JosephGarvin：std::forward 如果您不进一步通过它，则没有实际意义：不，不是。使用operator() 对左值和右值都具有ref-qualified（参见here）的任何函子（不是特定的lambdas）进行成像，而右值则做一些不同的事情。如果您在传入临时值时不使用std::forward，您将永远调用左值重载。基本上，您确实将仿函数 - 传递给它自己的成员函数。 ;)
所以，如果我理解正确的话，我现在在所有有模板类型参数的模板代码的地方我都应该使用 &&，并且每次我使用我不明确想要副本的参数时我应该使用 std::forward？这似乎是一吨额外的样板......
@Joseph：对于全面的通用性，是的，这就是代码的路径。除非您明确需要只读引用，否则您当然可以使用T const&。
@JosephGarvin 认为template<typename F> void foo(F f) { f(); } 是template<typename F> void foo(F&& f) { std::forward<F>(f)(); } 的“足够好”版本并没有错。除了我认为病态的情况外，您不会失去实际功能 - 您可能会做一些不必要的工作，但无论哪种方式都会得到相同的结果。

【解决方案2】：

当你创建一个 lambda 函数时，你会得到一个临时对象。您不能将临时绑定到非常量左值引用。实际上，您不能直接创建引用 lambda 函数的左值。

当您使用 T&& 声明函数模板时，如果您将 const 对象传递给函数，则函数的参数类型将为 T const&，如果您传递非 const 左值对象，则为 T&给它，T 如果你暂时传递它。也就是说，当传递一个临时函数声明时，函数声明将采用一个 r 值引用，该引用可以在不移动对象的情况下传递。当通过值显式传递参数时，临时对象在概念上被复制或移动，尽管此复制或移动通常被省略。如果您只将临时对象传递给您的函数，则前两个声明会做同样的事情，尽管第一个声明可能会引入移动或复制。

【讨论】：

@Nicol：T&& 中的T 将是一个简单的T（又名int），而不是T&&（又名int&&）。引用折叠仅适用于左值，这将使T&& 中的T 产生T&。
Dietmar 确实听起来最终产品将是T，尤其是最后一句话。对于右值，前两个声明将不同，因为一个会引起另一个不会发生的移动。
好吧，我的意思是我写的，但我写的似乎确实不准确，尽管在实践中它可能并不重要（因为通常会忽略复制或移动）。我会相应地更新响应。
“我知道你认为你理解你以为我说的，但我不确定你是否意识到你听到的不是我的意思。”——艾伦·格林斯潘在演示过程中回答学生提出的问题。

【解决方案3】：

这是一个很好的问题——第一部分：按值传递或使用转发。我认为第二部分（以FunctorT& 作为论点）已经得到了合理的回答。

我的建议是：仅在函数对象已知时使用转发，提前修改其闭包（或捕获列表）中的值。最好的例子：std::shuffle。它需要一个统一随机数生成器（一个函数对象），每次调用生成器都会修改其状态。函数对象被转发到算法中。

在所有其他情况下，您应该更喜欢按值传递。这不会阻止您通过引用捕获本地变量并在您的 lambda 函数中修改它们。这将像您认为的那样工作。正如 Dietmar 所说，复制不应该有任何开销。内联也将适用，并且可以优化引用。

【讨论】：

当你说不应该有复制开销时，你的意思是在实践中副本将被优化或语义上不会复制？
副本应该被省略。优化了。
唯一可以省略的按值复制是概念上在调用站点创建的右值，可以将其构造为作为参数。除此之外，按值参数的副本，例如级联到其他函数调用，绝对不能省略。每个函数都必须有自己的副本，该副本必须与原始函数分开：它不能跟踪对其源的并发更改；对于非const 按值参数，它必须相反是可更改的，而不影响原始参数。所以在这里，副本是保证的。始终使用转发参考。它要么是免费的，要么是保存无意义的副本。为什么要付钱？