为什么c++ 11's lambda要求&;mutable&;关键字按值捕获，默认情况下?

参见5.1.2下的该草案 [expr.prim. exe]。，第5款:

lambda表达式的闭包类型有一个公共内联函数调用操作符(13.5.4)，其参数 和返回类型由lambda表达式的参数声明子句和trailingreturn-描述 类型分别。此函数调用操作符声明为const(9.3.1)当且仅当lambdaexpression为 参数声明-子句后面不跟mutable

编辑litb的评论: 也许他们想到了按值捕获，这样外部对变量的更改就不会反映在lambda中?引荐是双向的，这就是我的解释。但我不知道这是否有用。< / p >

编辑kizzx2的评论: 使用lambda的大多数情况下是作为算法的函子。默认的constness允许它在常量环境中使用，就像普通的const-qualified函数可以在那里使用一样，但非-const-qualified函数不能使用。也许他们只是想让这些情况更直观，他们知道自己在想什么。:) < / p >

在我的印象中，按值捕获的全部意义在于允许用户更改临时对象——否则我几乎总是使用按引用捕获更好，不是吗?

问题是，它是“几乎”吗?一个常见的用例似乎是返回或传递lambdas:

void registerCallback(std::function<void()> f) { /* ... */ }


void doSomething() {
std::string name = receiveName();
registerCallback([name]{ /* do something with name */ });
}

我认为mutable不是一个“几乎”的情况。我认为“按值捕获”就像“允许我在捕获的实体死亡后使用它的值”，而不是“允许我更改它的副本”。但这或许是有争议的。

它需要mutable，因为默认情况下，函数对象每次调用都应该产生相同的结果。这就是面向对象的函数和使用全局变量的函数之间的区别。

我的印象是 价值捕获的关键在于 允许用户更改临时 —否则，我几乎总是更好地使用引用捕获，而不是 我吗?< / p >

n是临时的不。N是使用lambda表达式创建的lambda-function-对象的成员。默认的期望是，调用你的lambda不会修改它的状态，因此它是const，以防止你意外修改n。

你的代码几乎相当于:

#include <iostream>


class unnamed1
{
int& n;
public:
unnamed1(int& N) : n(N) {}


/* OK. Your this is const but you don't modify the "n" reference,
but the value pointed by it. You wouldn't be able to modify a reference
anyway even if your operator() was mutable. When you assign a reference
it will always point to the same var.
*/
void operator()() const {n = 10;}
};


class unnamed2
{
int n;
public:
unnamed2(int N) : n(N) {}


/* OK. Your this pointer is not const (since your operator() is "mutable" instead of const).
So you can modify the "n" member. */
void operator()() {n = 20;}
};


class unnamed3
{
int n;
public:
unnamed3(int N) : n(N) {}


/* BAD. Your this is const so you can't modify the "n" member. */
void operator()() const {n = 10;}
};


int main()
{
int n;
unnamed1 u1(n); u1();    // OK
unnamed2 u2(n); u2();    // OK
//unnamed3 u3(n); u3();  // Error
std::cout << n << "\n";  // "10"
}

因此，您可以将lambdas视为生成一个带有operator()的类，该类默认为const，除非您说它是可变的。

您还可以将[]中捕获的所有变量(显式或隐式)视为该类的成员:[=]对象的副本或[&]对象的引用。它们在声明lambda时被初始化，就像有一个隐藏的构造函数一样。

现在有一个建议来减轻在lambda声明中mutable的需求:n3424

FWIW, c++标准化委员会的知名成员Herb Sutter在正确性和可用性问题中对这个问题给出了不同的答案:

考虑这个稻草人的例子，其中程序员通过捕获一个局部变量 值，并尝试修改 捕获值(lambda对象的成员变量):

int val = 0;
auto x = [=](item e)            // look ma, [=] means explicit copy
{ use(e,++val); };  // error: count is const, need ‘mutable’
auto y = [val](item e)          // darnit, I really can’t get more explicit
{ use(e,++val); };  // same error: count is const, need ‘mutable’

该特性似乎是出于用户的考虑而添加的 可能没意识到他有副本，特别是因为lambdas 他可能正在改变一个不同的lambda的副本。

他的论文是关于为什么在c++ 14中应该改变这一点。它很短，写得很好，如果你想知道关于这个特定的特性“委员们在想什么”，值得一读。

为了扩展Puppy的回答，lambda函数被设计为纯函数。这意味着给定唯一输入集的每次调用总是返回相同的输出。让我们将输入定义为调用lambda时所有参数加上所有捕获变量的集合。

在纯函数中，输出完全依赖于输入，而不依赖于某些内部状态。因此，任何lambda函数，如果是纯的，不需要改变其状态，因此是不可变的。

当lambda通过引用进行捕获时，写入捕获的变量对纯函数的概念是一种压力，因为纯函数应该做的就是返回输出，尽管lambda并不一定会发生变化，因为写入发生在外部变量上。即使在这种情况下，正确的用法也意味着，如果再次使用相同的输入调用lambda，尽管对by-ref变量有这些副作用，但每次输出都将是相同的。这样的副作用只是返回一些额外的输入(例如更新计数器)，并且可以重新定义为一个纯函数，例如返回一个元组而不是单个值。

你必须理解捕获的意思!这是捕获而不是参数传递!让我们看一些代码示例:

int main()
{
using namespace std;
int x = 5;
int y;
auto lamb = [x]() {return x + 5; };


y= lamb();
cout << y<<","<< x << endl; //outputs 10,5
x = 20;
y = lamb();
cout << y << "," << x << endl; //output 10,20


}

int main()
{
using namespace std;
int x = 5;
int y;
auto lamb = [x]() mutable {return x++ + 5; };


y= lamb();
cout << y<<","<< x << endl; //outputs 10,5
x = 20;
y = lamb();
cout << y << "," << x << endl; //outputs 11,20


}

上面的例子表明，通过使lambda可变，在lambda内部改变x会在每次调用时用一个新的x值“突变”lambda，而这个新值与主函数中x的实际值无关

我也想知道为什么[=]需要显式的mutable，最简单的解释是在这个例子中:

int main()
{
int x {1};
auto lbd = [=]() mutable { return x += 5; };
printf("call1:%d\n", lbd());
printf("call2:%d\n", lbd());
return 0;
}

输出:

call1:6
call2:11

单词:

你可以看到x值在第二次调用时是不同的(call1为1,call2为6)。

lambda对象按值保存捕获的变量(有自己的变量) . copy)在[=]情况下
1. lambda可以被调用多次。

在一般情况下，我们必须有相同的捕获变量的值，基于已知的捕获值，有相同的可预测的lambda行为，而不是在lambda工作期间更新。这就是为什么默认行为假设const(预测lambda对象成员的变化)，当用户意识到后果时，他会用mutable对自己负责。

与按值捕获相同。举个例子:

auto lbd = [x]() mutable { return x += 5; };

如果你检查lambda的3个不同用例，你可能会发现区别:

• 按值捕获参数
• 使用'mutable'关键字按值捕获参数
• 通过引用捕获参数

< >强案例1: 当您通过值捕获参数时，会发生一些事情:

• 不允许修改lambda内部的参数
• 无论lambda为，参数的值保持不变 调用时，不管lambda调用时的实参值是什么

例如:

{
int x = 100;
auto lambda1 = [x](){
// x += 2;  // compile time error. not allowed
// to modify an argument that is captured by value
return x * 2;
};
cout << lambda1() << endl;  // 100 * 2 = 200
cout << "x: " << x << endl; // 100


x = 300;
cout << lambda1() << endl;   // in the lambda, x remain 100. 100 * 2 = 200
cout << "x: " << x << endl;  // 300


}


Output:
200
x: 100
200
x: 300

< >强案例2: 在这里，当您通过值捕获参数并使用'mutable'关键字时，与第一种情况类似，您创建了一个"copy"关于这个论点。这个“copy"生活在“世界”;的值，但是现在，你可以在-世界中修改参数，所以它的值会被改变，并保存，在将来调用lambda时可以引用它。再说一遍，外面的“生活”;参数的值可能完全不同(按值计算):

{
int x = 100;
auto lambda2 = [x]() mutable {
x += 2;  // when capture by value, modify the argument is
// allowed when mutable is used.
return x;
};
cout << lambda2() << endl;  // 100 + 2 = 102
cout << "x: " << x << endl; // in the outside world - x remains 100
x = 200;
cout << lambda2() << endl;  // 104, as the 102 is saved in the lambda world.
cout << "x: " << x << endl; // 200
}


Output:
102
x: 100
104
x: 200

< >强案例3: 这是最简单的情况，因为x不再有两条生命。现在x只有一个值，它在外部世界和lambda世界之间共享

{
int x = 100;
auto lambda3 = [&x]() mutable {
x += 10;  // modify the argument, is allowed when mutable is used.
return x;
};
cout << lambda3() << endl;  // 110
cout << "x: " << x << endl; // 110
x = 400;
cout << lambda3() << endl;  // 410.
cout << "x: " << x << endl; // 410
}


Output:
110
x: 110
410
x: 410