c++ lambda內std::move失效問題的思考

最近在寫C++時，有這樣一個代碼需求：在lambda中，將一個捕獲參數move給另一個變量。 看似一個很簡單常規的操做，然而這個move動做卻沒有生效。

具體代碼以下：

std::vector<int> vec = {1,2,3};
    
auto func = [=](){
    auto vec2 = std::move(vec);
    std::cout << vec.size() << std::endl; // 輸出：3
    std::cout << vec2.size() << std::endl; // 輸出：3
};
複製代碼

代碼可在wandbox運行。

咱們指望的是，將對變量vec調用std::move後，數據將會移動至變量vec2, 此時vec裏面應該沒有數據了。可是經過打印vec.size()發現vec中的數據並無按預期移走。

這也就意味着，構造vec2時並無按預期調用移動構造函數，而是調用了拷貝構造函數。

爲何會形成這個問題呢, 咱們須要結合std::move和lambda的原理看下。（最終的解決方案能夠直接看這裏）

std::move的本質

對於std::move，有兩點須要注意：

1. std::move中到底作了什麼事情
2. std::move是否能夠保證數據必定能移動成功

對於第二點來講，答案顯然是不能。這也是本文的問題所在。那麼std::move其實是作了什麼事情呢？

對於std::move，其實現大體以下：

template<typename T> 
decltype(auto) move(T&& param)
{
    using ReturnType = remove_reference_t<T>&&;
    return static_cast<ReturnType>(param);
}
複製代碼

從代碼能夠看出，std::move本質上是調用了static_cast作了一層強制轉換，強制轉換的目標類型是remove_reference_t<T>&&，remove_reference_t是爲了去除類型自己的引用，例如左值引用。總結來講，std::move本質上是將對象強制轉換爲了右值引用。

那麼，爲何咱們一般使用std::move實現移動語義，能夠將一個對象的數據移給另一個對象？

這是由於std::move配合了移動構造函數使用，本質上是移動構造函數起了做用。移動構造函數的通常定義以下：

class A{
public:
    A(A &&);
};
複製代碼

能夠看到移動構造函數的參數就是個右值引用A&&，所以 A a = std::move(b);, 本質上是先將b強制轉化了右值引用A&&, 而後觸發了移動構造函數，在移動構造函數中，完成了對象b的數據到對象a的移動。

那麼，在哪些狀況下，A a = std::move(b);會失效呢？
顯然是，當std::move強轉後的類型不是A&&，這樣就不會命中移動構造函數。

例如：

const std::string str = "123"
std::string str2(std::move(str));
複製代碼

這個時候，對str對象調用std::move，強轉出來的類型將會是const string&&, 這樣移動構造函數就不會起做用了，可是這個類型卻能夠令複製構造函數生效。

結合本文最初的問題，在lambda中move沒有生效，顯然也是std::move強轉的類型不是std::vector<int>&&, 才致使了沒有move成功。

那麼，爲何會出現這個問題呢，咱們須要理解下lambda的工做原理。

lambda閉包原理

對於c++的lambda，編譯器會將lambda轉化爲一個獨一無二的閉包類。而lambda對象最終會轉化成這個閉包類的對象。 對於本文最初的這個lambda來講，最終實際上轉化成了這麼一個類型

// 轉換前
auto func = [=](){
    auto vec2 = std::move(vec);
};

// 轉換後
class ClosureFunc{
public:
    void operator() const{
        auto vec2 = std::move(vec);
    };

private:
    std::vector<int> vec;
};

ClosureFunc func;
複製代碼

這裏須要注意, lambda的默認行爲是，生成的閉包類的operator()默認被const修飾。

那麼這裏問題就來了，當調用operator()時, 該閉包類全部的成員變量也是被const修飾的，此時對成員變量調用std::move將會引起上文中提到的，強轉出來的類型將會是const string&&問題。所以，移動構造函數將不會被匹配到。

咱們最初的問題lambda中std::move失效的問題，也是由於這個緣由。這也很符合const函數的語義: const函數是不能修改爲員變量的值。

解決方案

那麼，這個應該怎麼解決呢？答案是mutable。即在lambda尾部聲明一個mutable，以下：

auto func = [=]() mutable{
    auto vec2 = std::move(vec);
};
複製代碼

這樣編譯器生成的閉包類的operator()將會不帶const了。咱們的std::move也能夠正常轉換，實現移動語義了。

std::vector<int> vec = {1,2,3};
    
auto func = [=](){
    auto vec2 = std::move(vec);
    std::cout << vec.size() << std::endl; // 輸出：0
    std::cout << vec2.size() << std::endl; // 輸出：3
};
複製代碼

代碼能夠在wandbox運行。

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參考

• Lambda 表達式-cppreference
• Effective Modern c++
• 關於C++右值及std::move()的疑問？