2018-12-23

lambda捕获this指针

最近看某qt项目，看到connect使用了lambda表达式，比如

void MainWindow::initOutput() {
    // ...
    connect(ui->tableViewOutput, &QWidget::customContextMenuRequested, this, [=](const QPoint &pos) {
        m_outputContextMenu.exec(ui->tableViewOutput->mapToGlobal(pos));
    });
    // ...
}

命名规范是m_开头的是成员变量，可以发现类成员函数中用lambda表达式中直接使用了成员变量。
于是我突然有了疑问:

成员变量不是局部变量，那是怎么捕获的呢？
如果含有不可拷贝的成员变量，那么=岂不是失效了？

为了解决这些疑问，一步步用代码验证，首先测试不可拷贝的成员变量

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

struct Foo {
  std::unique_ptr<int> p;

  void f() {
    auto f = [=] { cout << p.get() << endl; };
    f();
  }
};

int main() {
  Foo foo;
  foo.f();
}

上述代码运行正确，打印0。而unique_ptr是典型的不可拷贝的类，用=却捕获成功了。
怀着疑问，我尝试了下局部变量，把类的定义改成下面这样

struct Foo {
  void f() {
    std::unique_ptr<int> p;
    auto f = [=] { cout << p.get() << endl; };
    f();
  }
};

编译出错(嗯，其实在编译前，我的vim插件ale已经提示了错误)

1	use of deleted function 'std::unique_ptr<_Tp, _Dp>::unique_ptr(const std::unique_ptr<_Tp, _Dp>&) [with _Tp = int; _Dp = std::default_delete<int>]

那么，也就是说，类成员函数中的lambda表达式并不是像捕获局部变量一样”捕获”类成员变量，而是通过某些其他途径得以访问类成员变量。
参阅*Effective Modern C++*后面的部分(嗯，我从前往后抽空看的，目前还没看完)，恍然大悟。
在条款31：避免默认捕获模式中，书上举出了一个类似例子，并给出了说明

捕获只能针对于在创建lambda式的作用域内可见的非静态局部变量(包括形参)。

也就是说，在函数体外的类成员变量(这里的p)是无法被捕获的，那么为何可以直接访问p呢？
其实是捕获了this指针。

每一个非静态成员函数都持有一个this指针，然后每当提及该类的成员变量时都会用到这个指针。

那么这里也解释通了，其实[=]捕获了this指针，然后编译器看到p.get()时，把它翻译成了this->p.get()。把代码中的[=]改成[this]，仍然成功编译。
也就是说，如果this指向的对象已经被析构，捕获this指针的lambda式就可能出现问题，比如下面代码

#include <functional>
#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

struct Foo {
  std::unique_ptr<int> p;
  std::function<void()> f() {
    p.reset(new int(1));
    return [=] { cout << *p << endl; };
  }
};

int main() {
  auto foo = new Foo();
  auto f = foo->f();
  delete foo;
  f();
}

运行结果为0而非1，而且这里输出0是未定义行为，因为访问的实际上是被回收的空间，只是因为编译器的delete并没有对回收的空间做额外的操作，所以p指向的仍然是原来那块，只不过那块已经被unique_ptr的析构函数自动清除了，只不过将清除的部分全部置为0而已。

由于[=]很容易让人忽略掉this也被捕获了，所以很容易让人忽视这个问题，所以不如[this]直观。