lambda 函数从全局变量的引用中可变捕获的行为差异

Question

我发现如果我使用 lambda 来捕获对具有 mutable 关键字的全局变量的引用，然后修改 lambda 函数中的值，则结果在编译器之间是不同的。

#include <stdio.h>
#include <functional>

int n = 100;

std::function<int()> f()
{
    int &m = n;
    return [m] () mutable -> int {
        m += 123;
        return m;
    };
}

int main()
{
    int x = n;
    int y = f()();
    int z = n;

    printf("%d %d %d\n", x, y, z);
    return 0;
}

结果来自 VS 2015 和 GCC (g++ (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.12) 5.4.0 20160609)：

100 223 100

结果来自 clang++（clang 版本 3.8.0-2ubuntu4 (tags/RELEASE_380/final)）：

100 223 223

为什么会发生这种情况？C++ 标准允许这样做吗？

Answer 1

lambda 不能按值捕获引用本身（std::reference_wrapper用于该目的）。

在您的 lambda 中，按值[m]捕获m（因为&捕获中没有），因此m（作为对 的引用n）首先被取消引用，并且它所引用的事物的副本( n) 被捕获。这与这样做没有什么不同：

int &m = n;
int x = m; // <-- copy made!

然后 lambda 修改该副本，而不是原始副本。正如预期的那样，这就是您在 VS 和 GCC 输出中看到的情况。

Clang 输出是错误的，如果还没有，应该报告为错误。

如果您希望 lambda 修改n，请m改为通过引用捕获：[&m]。这与将一个引用分配给另一个引用没有什么不同，例如：

int &m = n;
int &x = m; // <-- no copy made!

或者，您可以m完全摆脱并n通过引用捕获：[&n].

虽然，由于n在全局范围内，它确实根本不需要捕获，但 lambda 可以在不捕获它的情况下全局访问它：

return [] () -> int {
    n += 123;
    return n;
};

Answer 2

我认为 Clang 实际上可能是正确的。

根据[lambda.capture]/11，仅当它构成odr-use 时，lambda 中使用的id 表达式才指代 lambda 的 by-copy-captured 成员。如果不是，则它指的是原始实体。这适用于自 C++11 以来的所有 C++ 版本。

根据 C++17 的[basic.dev.odr]/3，如果对引用变量应用左值到右值转换会产生一个常量表达式，则不会使用 odr。

然而，在 C++20 草案中，左值到右值转换的要求被删除，相关段落多次更改以包含或不包含转换。请参阅CWG 问题 1472和CWG 问题 1741，以及开放的CWG 问题 2083。

由于m使用常量表达式（指静态存储持续时间对象）初始化，因此使用它会在[expr.const]/2.11.1 中为每个异常生成一个常量表达式。

但是，如果应用了左值到右值的转换，则情况并非如此，因为 的值n在常量表达式中不可用。

因此，根据是否应该在确定 odr 使用时应用左值到右值转换，当您m在 lambda 中使用时，它可能会或可能不会指代 lambda 的成员。

如果应该应用转换，则 GCC 和 MSVC 是正确的，否则 Clang 是正确的。

如果您将 的初始化更改m为不再是常量表达式，您可以看到 Clang 改变了它的行为：

#include <stdio.h>
#include <functional>

int n = 100;

void g() {}

std::function<int()> f()
{
    int &m = (g(), n);
    return [m] () mutable -> int {
        m += 123;
        return m;
    };
}

int main()
{
    int x = n;
    int y = f()();
    int z = n;

    printf("%d %d %d\n", x, y, z);
    return 0;
}

在这种情况下，所有编译器都同意输出是

100 223 100

因为m在lambda将指的是封闭的部件，其类型int与参考可变副本初始化m中f。