使用std::function的移动语义

Question

std::function提供了一个从右值引用构造函数。 根据标准，移动的函数对象会发生什么？它会变成空的，这样再次调用它就没有任何效果吗？

- Martin

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这取决于类的移动复制构造函数和/或移动赋值运算符。 - juanchopanza

@juanchopanza 你是什么意思？当然这取决于移动构造函数。它对原始函数对象做了什么？移动后会变为空吗？ - Martin

抱歉，我以为你是指通过绑定对象传递可变参数构造函数的参数。 - juanchopanza

Answer 1

这个问题非常令人困惑。我将尝试清晰地阐述...

本节描述了std定义对象的移动来源状态：

17.6.5.15 [lib.types.movedfrom]

在C++标准库中定义的类型的对象可能被移动(12.8)。移动操作可以明确指定或隐式生成。除非另有规定，这样的移动源自对象将放置在有效但未指定的状态。

这是什么意思？这意味着，给定一个std定义的移动来源对象，您可以对该对象进行任何不需要先验知识的操作。不需要先验知识的当前状态的类别是那些没有前提条件的操作。

例如，您可以在已移动的vector上调用clear()，因为vector::clear()没有前提条件。但是您不能调用pop_back()，因为它具有前提条件。

具体看function的调用运算符：

20.8.11.2.4 [func.wrap.func.inv]

R operator()(ArgTypes... args) const

效果: 调用 INVOKE(f, std::forward(args)..., R) (20.8.2)，其中 f 是 *this 的目标对象(20.8.1)。

返回值: 如果 R 是 void，则返回 Nothing，否则返回 INVOKE (f, std::forward(args)..., R) 的返回值。

异常: 如果 !*this，则抛出 bad_function_call 异常；否则，抛出包装的可调用对象抛出的异常。

请注意，没有前置条件或要求条款。这意味着调用已被移动的 function 的调用运算符并不是未定义行为。无论 function 处于什么状态，您都不会违反任何先决条件。

请注意，规范从未说过调用将没有任何效果。因此，没有产生效果不是一种可能性。

调用将调用封装的函数或抛出 bad_function_call 异常。这是唯一的两个选择。它的行为取决于 function 对象的状态。而 function 对象的状态是未指定的 ([lib.types.movedfrom])。

- Howard Hinnant

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在C++11中，如果您在资源管理器中使用std::function并在析构函数中调用它，如果该函数为空，则会触发std::terminate()，因为在析构函数中抛出异常会导致这种情况。 因此，情况稍有改变：先抛出 std::bad_function_call，然后是std::terminate()。 - user5154412

@villageidiot：改变从哪里开始？std::function与移动语义和析构函数上的noexcept一起成为标准（C++11）。 - Howard Hinnant

抱歉，措辞不当。我的意思是，如果在析构函数中进行“简单”的抛出操作，那么它将变成对std::terminate()的调用。这样说对吗？ - user5154412

是的，除非你捕获它，或者除非你标记了析构函数为 noexcept(false)。而在后一种情况下，你必须非常小心，否则可能仍然会导致 std::terminate()。 - Howard Hinnant

Answer 2

根据20.8.11.2.1p6，function(function &&f)会使得f的值未指定但保持有效。

空状态是一个有效的状态，因此您应该预期移动后的函数对象可以为空。

由于function执行类型抹除，并且函数对象可能非常昂贵，因此将移动后的对象保留为空的优化是有意义的：

std::function<void()> g{std::bind{f, std::array<int, 1000>{}}};
std::function<void()> h{std::move{g}};

在将 g 移动构造为 h 后，人们期望包含的 bind 已从 g 转移到了 h，而不是被复制，因此 g 会变为空。

对于下面的程序，gcc 4.5.1 打印出empty：

#include <functional>
#include <iostream>
void f() {}
int main() {
    std::function<void()> g{f}, h{std::move(g)};
    std::cout << (g ? "not empty\n" : "empty\n");
}

这并不一定是最优的行为；内联小的可调用对象（例如函数指针）会导致复制可调用对象比移动并将原始对象清空更高效，因此另一种实现可能会使g保留其非空的可调用状态。

- ecatmur

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这是否意味着移动的函数对象可以被调用而不产生任何影响？ - Martin

@Martin：调用它的效果是未指定或未定义的，我不太确定是哪一个（即不能调用它）。函数对象的一个有效状态的例子是它包装了一个空函数指针。调用它将具有未定义的行为。 - Steve Jessop

@Martin 不行。如果 f 被移动后为空，那么如果你调用它，它会抛出 bad_function_call 异常。 - Arne Mertz

@SteveJessop：std::function::operator bool() 至少会返回false吗？ - Martin

@Martin：“未指定”意味着未指定。你不知道，所以不能假设它会发生。 - Nicol Bolas

Answer 3

移动的函数对象会保持有效状态，因此可以继续使用，但是它实际上处于未指定的状态。这意味着调用任何需要对象处于特定状态的函数将不能正常工作。

无法保证它为空，以便再次调用不产生影响。调用该函数要求它确实有一个待调用的函数，这是其状态的一部分。由于状态未指定，因此调用它的结果也是未指定的。

如果您想再次以某种有意义的方式使用该对象，请简单地创建一个新的“function”，并将其分配给它：

function<...> old;
function<...> new_ = std::move(old);
old = function<...>(...); //Reset to known state.
old(...); //Call is well-defined.

- Nicol Bolas

Answer 4

[func.wrap.func.con]:

function(function&& f);
template <class A> function(allocator_arg_t, const A& a, function&& f);

作用：如果 !f，则 * this 没有目标；否则，将 f 的目标移动构造到 * this 的目标中，使 f 保持有效状态但值未指定。

- Angew is no longer proud of SO