c++ lambda内std::move失效问题的思考

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最近在写C++时，有这样一个代码需求：在lambda中，将一个捕获参数move给另外一个变量。

看似一个很简单常规的操作，然而这个move动作却没有生效。

具体代码如下：

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

代码可在wandbox运行。

我们期望的是，将对变量vec调用std::move后，数据将会移动至变量vec2, 此时vec里面应该没有数据了。但是通过打印vec.size()发现vec中的数据并没有按预期移走。

这也就意味着，构造vec2时并没有按预期调用移动构造函数，而是调用了拷贝构造函数。

为什么会造成这个问题呢, 我们需要结合std::move和lambda的原理看下。（最终的解决方案可以直接看文章末尾）

std::move的本质

对于std::move，有两点需要注意：

1. std::move中到底做了什么事情
2. std::move是否可以保证数据一定能移动成功

对于第二点来说，答案显然是不能。这也是本文的问题所在。那么std::move实际上是做了什么事情呢？

对于std::move，其实现大致如下：

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

从代码可以看出，std::move本质上是调用了static_cast做了一层强制转换，强制转换的目标类型是remove_reference_t<T>&&，remove_reference_t是为了去除类型本身的引用，例如左值引用。总结来说，std::move本质上是将对象强制转换为了右值引用。

那么，为什么我们通常使用std::move实现移动语义，可以将一个对象的数据移给另外一个对象？

这是因为std::move配合了移动构造函数使用，本质上是移动构造函数起了作用。移动构造函数的一般定义如下：

class A{
public:
    A(A &&);
};

可以看到移动构造函数的参数就是个右值引用A&&，因此 A a = std::move(b);, 本质上是先将b强制转化了右值引用A&&,

然后触发了移动构造函数，在移动构造函数中，完成了对象b的数据到对象a的移动。

那么，在哪些情况下，A a = std::move(b);会失效呢？

显然是，当std::move强转后的类型不是A&&，这样就不会命中移动构造函数。

例如：

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

这个时候，对str对象调用std::move，强转出来的类型将会是const string&&, 这样移动构造函数就不会起作用了，但是这个类型却可以令复制构造函数生效。

结合本文最初的问题，在lambda中move没有生效，显然也是std::move强转的类型不是std::vector<int>&&, 才导致了没有move成功。

那么，为什么会出现这个问题呢，我们需要理解下lambda的工作原理。

lambda闭包原理

对于c++的lambda，编译器会将lambda转化为一个独一无二的闭包类。而lambda对象最终会转化成这个闭包类的对象。

对于本文最初的这个lambda来说，最终实际上转化成了这么一个类型

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

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

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

ClosureFunc func;

这里需要注意, lambda的默认行为是，生成的闭包类的**operator()**默认被const修饰。

那么这里问题就来了，当调用operator()时, 该闭包类所有的成员变量也是被const修饰的，此时对成员变量调用std::move

将会引发上文提到的，强转出来的类型将会是**const string&&**，同时，移动构造函数将不会被匹配到。

我们最初的问题lambda中std::move失效的问题，也是因为这个原因。但这个也很符合const函数的语义: const函数是不能修改成员变量的值。

解决方案

那么，这个应该怎么解决呢？答案是mutable。即在lambda尾部声明一个mutable，如下：

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

这样编译器生成的闭包类的operator()将会不带const了。我们的std::move也可以正常转换，实现移动语义了。

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

代码可以在wandbox运行。

参考

• Lambda 表达式-cppreference
• Effective Modern c++
• 关于C++右值及std::move()的疑问？