Lambda：可能悬空的按引用捕获

Question

在《Effective Modern C++》的lambda章节中，Scott Meyers说道：

考虑以下代码：

void addDivisorFilter()
{
    auto calc1 = computeSomeValue1();
    auto calc2 = computeSomeValue2();

    auto divisor = computeDivisor(calc1, calc2);

    filters.emplace_back(
          [&](int value) { return value % divisor == 0; }
    );
}

这段代码存在问题。 lambda表达式引用了本地变量divisor，但当addDivisorFilter返回时，该变量就不存在了。在filters.emplace_back返回后立即发生这种情况，因此添加到filters中的函数实际上是无法使用的。使用该过滤器从创建时就会导致未定义的行为。

问题是：为什么会出现未定义的行为？据我理解，filters.emplace_back只有在lambda表达式完成之后才会返回，并且在执行期间，divisor是有效的。

更新：

我漏掉了一个重要的数据：

using FilterContainer = std::vector<std::function<bool(int)>>;
FilterContainer filters;

- Amadeus

Answer 1

由于向量filters的范围超出了函数的范围，因此会出现这种情况。在函数退出时，向量filters仍然存在，并且对divisor的引用被捕获，现在已经失效。

据我所知，filters.emplace_back只有在lambda表达式完成后才返回，在执行过程中，divisor是有效的。

那不是真的。向量存储从闭包创建的lambda，而不是“执行”lambda，您在函数退出后执行lambda。从技术上讲，lambda是从闭包（一个依赖于编译器的命名类）构建的，它在内部使用引用，例如：

#include <vector>
#include <functional>

struct _AnonymousClosure
{
    int& _divisor; // this is what the lambda captures
    bool operator()(int value) { return value % _divisor == 0; }
};

int main()
{
    std::vector<std::function<bool(int)>> filters;
    // local scope
    {
        int divisor = 42;
        filters.emplace_back(_AnonymousClosure{divisor});
    }
    // UB here when using filters, as the reference to divisor dangle
}

- vsoftco

---

使用OP函数示例，如果我通过using FilterContainer = std::vector<bool>;定义过滤器，那么该引用可能会悬空？ - Amadeus

@Amadeus 如果他存储了 bool，他就不必在第一时间处理悬空引用，因为所有的 std::vector 中都只包含 true/false 值。但是他存储了返回 bool 的 std::function，而返回值取决于除数，他需要计算 bool 返回值。 - Andy

@Amadeus 确保向量中存储的内容不存储过时的引用。 - vsoftco

Answer 2

除了 @vsoftco 的回答之外，以下修改后的示例代码让您可以体验问题：

#include <iostream>
#include <functional>
#include <vector>

void addDivisorFilter(std::vector<std::function<int(int)>>& filters)
{
    int divisor = 5;

    filters.emplace_back(
          [&](int value) { return value % divisor == 0; }
    );
}

int main()
{
    std::vector<std::function<int(int)>> filters;
    addDivisorFilter(filters);
    std::cout << std::boolalpha << filters[0](10) << std::endl;
    return 0;
}

实时示例

这个示例在运行时会导致浮点异常，因为当lambda表达式在main中被评估时，对divisor的引用无效。

- m.s.

---

哦，是真的。我错过了他说“using FilterContainer = std::vector<std :: function<int(int)>>”这部分。我以为它是：“using FilterContainer = std::vector<bool>”。谢谢，你的回答非常有启发性。 - Amadeus

Answer 3

在addDivisorFilter处于活动状态时，您没有评估lambda函数。您只是将“该函数”添加到集合中，不知道它何时可能被评估（可能是在addDivisorFilter返回之后很长时间）。

- Simbi