为什么C++中的lambda表达式使用函数对象而不是函数指针实现？

Question

我发现MSVC和GCC中的lambda表达式都是实现了operator()的函数对象。它们为什么更喜欢使用函数对象而不是函数指针呢？

- babel92

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因为标准是这样规定的？他们也需要空间来进行捕捉。 - chris

Answer 1

问题在于C ++中的lambda函数可以具有额外状态（即捕获变量或上下文环境），这些状态必须针对每个实例进行传递（它们可以针对相同lambda函数的每个实例不同）。

一个函数不能与您传递的句柄相关联的状态耦合。如果要向函数指针添加此类状态，则需要编写一个包装器，该包装器需要使用括号语法（operator()）可调用，这恰好是functor的含义。

值得注意的是，一个没有捕获的lambda可以转换为函数指针。这仅可能是因为它不需要额外的空间。

- leemes

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我曾经阅读过一个提案，旨在将捕获lambda转换添加到函数指针中，其有效期与闭包实例相同。实际上，在大多数体系结构中，这是可能的，方法是编写包含机器语言指令和指向lambda的指针的数据，然后将其标记为可执行，并在运行时返回刚刚创建的该函数的指针。我不知道该提案的状态如何。 - Yakk - Adam Nevraumont

@Yakk 或者直接使用全局变量？ ;) （事实上，这就是我在编辑答案时添加第一段最后一部分的原因。） - leemes

多个具有不同捕获状态的lambda实例将无法正常工作。基本上，在许多平台上，我们可以生成带有存储在它们所指向的代码中的状态的函数指针，并且存在大量不提供void*，void（*func）（void *）有状态回调对的遗留API。 - Yakk - Adam Nevraumont

@Yakk 哦，我没有完全理解你的意思。现在我明白了。但是对我来说听起来像是一个hack...此外，有一些（重要的）架构不允许这样做，据我所知（iOS？），但我可能错了。 - leemes

Answer 2

函数没有状态，因此它们无法实现lambda所需的功能。

此外，您可以确保lambda具有唯一的类型，这是仅仅使用函数无法实现的。

- Kerrek SB

Answer 3

除了已经提到的捕获能力之外，性能也是一个原因。通常情况下，函数指针无法内联。而函数对象可以内联。这就是为什么 std::sort 比 qsort 更快的原因。如前所述，没有捕获的 lambda 可以转换为函数指针，但这主要是为了与旧的 c api 交互。例如，这样您就可以将 lambda 传递给旧的 win32 api 函数。一般来说，对于简单的 lambda，编译器更愿意将其内联。

- duhone