可以在可变 lambda 中更改“this”吗？

Question

大家都知道this在C++中的对象指针在其方法中是不能改变的。但是对于捕获this 的可变lambda，一些当前的编译器提供了这种可能性。考虑这段代码：

struct A {
    void foo() {
        //this = nullptr; //error everywhere

        (void) [p = this]() mutable { 
            p = nullptr; //#1: ok everywhere
            (void)p;
        };

        (void) [this]() mutable { 
            this = nullptr; //#2: ok in MSVC only
        };
    }
};

在第一个 lambda 中，this 被捕获并赋予新名称 p。这里所有编译器都允许更改p 的值。在第二个 lambda 中，this 是由它自己的名称捕获的，并且只有 MSVC 允许程序员更改它的值。演示：https://gcc.godbolt.org/z/x5P81TT4r

我相信 MSVC 在第二种情况下的行为不正确（尽管它看起来像是一个不错的语言扩展）。谁能从标准中找到正确的措辞（搜索并不容易，因为this 这个词被提到了 2800 多次）？

Answer 1

this 的初始化捕获

(void) [p = this]() mutable { 
    p = nullptr; //#1: ok everywhere
    (void)p;
};

这使用初始化捕获来捕获this 指针按值，根据[expr.prim.lambda.capture]/6，这意味着它是this 指针的副本。在this 是const 限定的上下文中，副本自然不能用于更改this（即使lambda 是可变的；与'point to const' 比较），但是as lambda 是可变的，指针（副本）可用于指向不同的东西，例如nullptr.

struct S {
    void f() const {
        (void) [p = this]() mutable { 
            p->value++;   // ill-formed: 'this' is pointer to const, meaning
                          //             'p' is pointer to const.
            p = nullptr;  // OK: 'p' is not const pointer
            (void)p;
        };
    }
    
    void f() {
        (void) [p = this]() mutable { 
            p->value++;   // OK: 'this' is pointer to non-const, meaning
                          //     'p' is pointer to non-const.
            p = nullptr;  // OK: 'p' is not const pointer
            (void)p;
        };
    }
    int value{};
};

---

this 的简单捕获：

(void) [this]() mutable { 
    this = nullptr; //#2: ok in MSVC only
};

按照[expr.prim.lambda.capture]，忽略capture-default的情况：s:

• 一个 capture-list 包含一个 capture
• capture 是 simple-capture 或 init-capture；我们忽略后一种情况，因为它已经在上面介绍过
• simply-capture 具有以下形式之一：
  • 标识符 ..._选择
  • &标识符 ..._opt
  • this
  • *this

根据[expr.prim.lambda.capture]/10 [强调我的]：

一个实体被副本捕获如果

• (10.1) 隐式捕获，捕获默认为=，捕获的实体不是*this，或者

• (10.2) 使用不是this、&标识符或&标识符形式的捕获显式捕获它初始化器.

只有 simple-capture 形式 *this 允许通过复制显式捕获 *this 对象。然而，简单的捕获this 通过引用捕获*this 对象⁽⁺⁾，根据[expr.prim.lambda.capture]/12：

^{(+) simple-capture:s this 和 *this 都表示本地实体 *this，根据 [expr.prim.lambda.capture]/4。}

一个实体被引用捕获，如果它是隐式或 明确捕获但未通过副本捕获。未指定是否在 通过引用捕获的实体的闭包类型。 [...]

因此：

struct S {
    void f() const {
        (void) [this]() mutable { 
            // '*this' explicitly-captured by-reference
            this->value++;   // ill-formed: 'this' is pointer to const
            this = nullptr;  // #2 ill-formed: 'this' is not a modifyable lvalue
        };
    }
    
    void f() {
        (void) [this]() mutable { 
            // '*this' explicitly-captured by-reference
            this->value++;   // OK: 'this' is pointer to non-const
            this = nullptr;  // #2 ill-formed: 'this' is not a modifyable lvalue
        };
    }
    int value{};
};

根据[class.this]/1，this 不是可修改的左值，这就是为什么#2 格式错误：

在非静态 ([class.mfct]) 成员函数的主体中，关键字this 是纯右值，其值是指向调用该函数的对象的指针.类型为 cv-qualifier-seq cv 且类为 X 的成员函数中 this 的类型是“指向 cv X 的指针”。 [...]

根据 [expr.prim.lambda.closure]/12，这也适用于 this 在 lambdas 中使用的情况：

lambda 表达式的复合语句产生函数调用运算符的函数体 ([dcl.fct.def])，但 出于名称查找的目的，确定类型 和 this 的值 并使用 (*this) ([class.mfct.non-static]) 将引用非静态类成员的 id 表达式转换为类成员访问表达式, 复合语句在 lambda 表达式的上下文中被考虑。

MSVC 接受你的 sn-p 是不正确的（accepts-invalid）。

事实上，在以下示例中 (demo)：

#include <iostream>

struct S;

void g(S *& )  { std::cout << "lvalue pointer to S"; }
void g(S *&& ) { std::cout << "rvalue pointer to S"; }

struct S {
  void f() {
    auto l = [this]() { g(this); };
    l();
  }
};

int main() {
  S s{};
  s.f();
}

我们预计第二个g 重载会更好匹配，因为this 是prvalue。然而，虽然 GCC 和 Clang 的行为符合预期：

// GCC & Clang: rvalue pointer to S

MSVC 甚至无法编译程序：

// MSVC: error, no viable overload; arg list is '(S *const )'

这违反了[class.this]/1，为：

[...] 类型为 cv-qualifier-seq cv 且类为X 的成员函数中this 的类型是“指向cv X 的指针” [ ...]

... 而不是“指向 cv X 的常量指针”（prvalue 上的常量会很奇怪，首先）。