在 lambda 中捕获完美转发的变量

Question

template<typename T> void doSomething(T&& mStuff)
{
    auto lambda([&mStuff]{ doStuff(std::forward<T>(mStuff)); });
    lambda();
}

使用&mStuff 语法捕获完美转发的mStuff 变量是否正确？

或者对于完美转发的变量是否有特定的捕获语法？

编辑：如果完美转发的变量是参数包怎么办？

Answer 1

捕获完美转发的 mStuff 变量是否正确 &mStuff 语法？

是的，假设您不在doSomething 之外使用此 lambda。您的代码会捕获每个引用的 mStuff 并将其正确地转发到 lambda 中。

对于作为参数包的 mStuff，使用带有包扩展的简单捕获就足够了：

template <typename... T> void doSomething(T&&... mStuff)
{
    auto lambda = [&mStuff...]{ doStuff(std::forward<T>(mStuff)...); };
}

lambda 捕获每个引用的 mStuff 的每个元素。闭包对象为每个参数保存一个左值引用，无论其值类别如何。完美转发仍然有效；事实上，甚至没有区别，因为命名的右值引用无论如何都是左值。

Answer 2

要使 lambda 在创建它的范围之外有效，您需要一个以不同方式处理左值和右值的包装类，即保留对左值的引用，但复制（通过移动）右值。

头文件capture.h：

#pragma once

#include <type_traits>
#include <utility>

template < typename T >
class capture_wrapper
{
   static_assert(not std::is_rvalue_reference<T>{},"");
   std::remove_const_t<T> mutable val_;
public:
   constexpr explicit capture_wrapper(T&& v)
      noexcept(std::is_nothrow_move_constructible<std::remove_const_t<T>>{})
   :val_(std::move(v)){}
   constexpr T&& get() const noexcept { return std::move(val_); }
};

template < typename T >
class capture_wrapper<T&>
{
   T& ref_;
public:
   constexpr explicit capture_wrapper(T& r) noexcept : ref_(r){}
   constexpr T& get() const noexcept { return ref_; }
};

template < typename T >
constexpr typename std::enable_if<
   std::is_lvalue_reference<T>{},
   capture_wrapper<T>
>::type
capture(std::remove_reference_t<T>& t) noexcept
{
   return capture_wrapper<T>(t);
}

template < typename T >
constexpr typename std::enable_if<
   std::is_rvalue_reference<T&&>{},
   capture_wrapper<std::remove_reference_t<T>>
>::type
capture(std::remove_reference_t<T>&& t)
   noexcept(std::is_nothrow_constructible<capture_wrapper<std::remove_reference_t<T>>,T&&>{})
{
   return capture_wrapper<std::remove_reference_t<T>>(std::move(t));
}

template < typename T >
constexpr typename std::enable_if<
   std::is_rvalue_reference<T&&>{},
   capture_wrapper<std::remove_reference_t<T>>
>::type
capture(std::remove_reference_t<T>& t)
   noexcept(std::is_nothrow_constructible<capture_wrapper<std::remove_reference_t<T>>,T&&>{})
{
   return capture_wrapper<std::remove_reference_t<T>>(std::move(t));
}

显示它有效的示例/测试代码。请注意，“bar”示例展示了如何使用 std::tuple<...> 来解决 lambda 捕获初始化程序中缺少包扩展的问题，这对于可变参数捕获很有用。

#include <cassert>
#include <tuple>
#include "capture.h"

template < typename T >
auto foo(T&& t)
{
   return [t = capture<T>(t)]()->decltype(auto)
   {
      auto&& x = t.get();
      return std::forward<decltype(x)>(x);
      // or simply, return t.get();
   };
}

template < std::size_t... I, typename... T >
auto bar_impl(std::index_sequence<I...>, T&&... t)
{
   static_assert(std::is_same<std::index_sequence<I...>,std::index_sequence_for<T...>>{},"");
   return [t = std::make_tuple(capture<T>(t)...)]()
   {
      return std::forward_as_tuple(std::get<I>(t).get()...);
   };
}
template < typename... T >
auto bar(T&&... t)
{
   return bar_impl(std::index_sequence_for<T...>{}, std::forward<T>(t)...);
}

int main()
{
   static_assert(std::is_same<decltype(foo(0)()),int&&>{}, "");
   assert(foo(0)() == 0);

   auto i = 0;
   static_assert(std::is_same<decltype(foo(i)()),int&>{}, "");
   assert(&foo(i)() == &i);

   const auto j = 0;
   static_assert(std::is_same<decltype(foo(j)()),const int&>{}, "");
   assert(&foo(j)() == &j);

   const auto&& k = 0;
   static_assert(std::is_same<decltype(foo(std::move(k))()),const int&&>{}, "");
   assert(foo(std::move(k))() == k);

   auto t = bar(0,i,j,std::move(k))();
   static_assert(std::is_same<decltype(t),std::tuple<int&&,int&,const int&,const int&&>>{}, "");
   assert(std::get<0>(t) == 0);
   assert(&std::get<1>(t) == &i);
   assert(&std::get<2>(t) == &j);
   assert(std::get<3>(t) == k and &std::get<3>(t) != &k);

}

Answer 3

TTBOMK，对于 C++14，我认为上述生命周期处理的解决方案可以简化为：

template <typename T> capture { T value; }

template <typename T>
auto capture_example(T&& value) {
  capture<T> cap{std::forward<T>(value)};
  return [cap = std::move(cap)]() { /* use cap.value *; };
};

或更多匿名：

template <typename T>
auto capture_example(T&& value) {
  struct { T value; } cap{std::forward<T>(value)};
  return [cap = std::move(cap)]() { /* use cap.value *; };
};

在这里使用它（诚然，这个特定的代码块相当无用：P）

https://github.com/EricCousineau-TRI/repro/blob/3fda1e0/cpp/generator.cc#L161-L176

Answer 4

是的，您可以完美捕捉，但不能直接捕捉。您需要将类型包装在另一个类中：

#define REQUIRES(...) class=std::enable_if_t<(__VA_ARGS__)>

template<class T>
struct wrapper
{
    T value;
    template<class X, REQUIRES(std::is_convertible<T, X>())>
    wrapper(X&& x) : value(std::forward<X>(x))
    {}

    T get() const
    {
        return std::move(value);
    }
};

template<class T>
auto make_wrapper(T&& x)
{
    return wrapper<T>(std::forward<T>(x));
}

然后将它们作为参数传递给一个 lambda，该 lambda 返回一个按值捕获参数的嵌套 lambda：

template<class... Ts>
auto do_something(Ts&&... xs)
{
    auto lambda = [](auto... ws)
    {
        return [=]()
        {
            // Use `.get()` to unwrap the value
            some_other_function(ws.get()...);
        };
    }(make_wrapper(std::forward<Ts>(xs)...));

    lambda();
}

Answer 5

这是一个针对 C++17 的解决方案，它使用 deduction guides 来简化它。我正在详细阐述 Vittorio Romeo（OP）blog post，他为自己的问题提供了解决方案。

std::tuple 可用于包装完美转发的变量，根据需要对每个变量进行复制或保留每个变量的引用。元组本身是由 lambda 捕获的值。

为了使它更简单、更简洁，我将创建一个从std::tuple 派生的新类型，以便提供指导构造（这将使我们避免std::forward 和decltype() 样板）和指针式访问器，以防只有一个变量要捕获。

// This is the generic case
template <typename... T>
struct forwarder: public std::tuple<T...> {
    using std::tuple<T...>::tuple;        
};

// This is the case when just one variable is being captured.
template <typename T>
struct forwarder<T>: public std::tuple<T> {
    using std::tuple<T>::tuple;

    // Pointer-like accessors
    auto &operator *() {
        return std::get<0>(*this);
    }

    const auto &operator *() const {
        return std::get<0>(*this);
    }

    auto *operator ->() {
        return &std::get<0>(*this);
    }

    const auto *operator ->() const {
        return &std::get<0>(*this);
    }
};

// std::tuple_size needs to be specialized for our type, 
// so that std::apply can be used.
namespace std {
    template <typename... T>
    struct tuple_size<forwarder<T...>>: tuple_size<tuple<T...>> {};
}

// The below two functions declarations are used by the deduction guide
// to determine whether to copy or reference the variable
template <typename T>
T forwarder_type(const T&);

template <typename T>
T& forwarder_type(T&);

// Here comes the deduction guide
template <typename... T>
forwarder(T&&... t) -> forwarder<decltype(forwarder_type(std::forward<T>(t)))...>;

然后可以像下面这样使用它。

可变参数版本：

// Increment each parameter by 1 at each invocation and print it.
// Rvalues will be copied, Lvalues will be passed as references.
auto variadic_incrementer = [](auto&&... a)
{
    return [a = forwarder(a...)]() mutable 
    { 
        std::apply([](auto &&... args) {
            (++args._value,...);
            ((std::cout << "variadic_incrementer: " << args._value << "\n"),...);
        }, a);
    };
};

非可变版本：

// Increment the parameter by 1 at each invocation and print it.
// Rvalues will be copied, Lvalues will be passed as references.
auto single_incrementer = [](auto&& a)
{
    return [a = forwarder(a)]() mutable 
    { 
        ++a->_value;
        std::cout << "single_incrementer: " << a->_value << "\n";
    };
};