为什么我可以“无捕获捕获”一个 int 变量，但不能“捕获”非捕获 lambda？

Question

以下函数有效（从 C++20 开始）：

void foo() {
    constexpr const int b { 123 };
    constexpr const auto l1 = [](int a) { return b * a; };
    (void) l1;
}

即使l1不捕获任何内容，据说它仍然可以“无捕获捕获” 的值b，因为它是 a const（它甚至不必是constexpr；但请参阅@StoryTeller 的评论）。

但如果我尝试在新的 lambda 中捕获更复杂的东西：

void foo() {
    constexpr const int b { 123 };
    constexpr const auto l1 = [](int a) { return b * a; };
    (void) [](int c) { return l1(c) * c; };
}

这无法编译。为什么？l1编译器从 lambda 内部调用应该没有问题；那么为什么b无捕获捕获可以，但l1不行呢？

请在 GodBolt 上查看此内容。

Answer 1

这与 ODR 使用有关。

首先，来自[basic.def.odr]/10：

如果满足以下条件，则本地实体在某个范围内可使用 odr：

• 本地实体不是 *this，或者存在封闭类或非 lambda 函数参数范围，并且如果最里面的此类范围是函数参数范围，则它对应于非静态成员函数，并且
• 对于引入实体的点和范围（其中 *this 被认为是在最内层封闭类或非 lambda 函数定义范围内引入）之间的每个介入范围 ([basic.scope.scope])，可以是：
  • 中间作用域是块作用域，或者
  • 中间作用域是具有命名实体的简单捕获或具有捕获默认值的 lambda 表达式的函数参数作用域，并且 lambda 表达式的块作用域也是中间作用域。

如果本地实体在不可 odr 可用的范围内进行 odr 使用，则该程序格式错误。

所以在这个例子中，aodr 可用，但b不可用：

void foo() {
    constexpr const int b { 123 };
    constexpr const auto l1 = [](int a) { return b * a; };
    (void) l1;
}

类似地，在此示例中， 和a是codr 可用的，但 或b或 都不l1是。

void foo() {
    constexpr const int b { 123 };
    constexpr const auto l1 = [](int a) { return b * a; };
    (void) [](int c) { return l1(c) * c; };
}

但该规则不仅是“不可使用 ODR”，而且还“可使用 ODR”。其中哪些是 ODR 使用的？那是[basic.def.odr]/5：

如果表达式是表示变量的 id 表达式，则变量由表达式命名。名称显示为潜在计算表达式 E 的变量 x 被 E odr 使用，除非

• x 是可在常量表达式 ([expr.const]) 中使用的引用，或者
• x 是非引用类型的变量，可在常量表达式中使用，并且没有可变子对象，E 是非易失性限定的非类类型表达式的潜在结果集合中的一个元素，左值-应用到右值转换 ([conv.lval])，或者
• x 是非引用类型的变量，E 是未应用左值到右值转换的丢弃值表达式 ([expr.context]) 的潜在结果集的元素。

对于这种b * a情况，b是“可在常量表达式中使用的非引用类型的变量”，我们正在对它执行的操作是应用“左值到右值的转换”。这是该规则的第二个例外，因此不b使用odr，因此我们不存在 odr 使用但不可用 odr 的问题。

对于这种l1(c)情况，l1也是“可在常量表达式中使用的非引用类型的变量”...但我们不会对其进行左值到右值的转换。我们正在调用呼叫操作员。所以我们没有遇到异常，所以我们使用了 odr l1...但它不是 odr 可用的，这使得它的格式不正确。

这里的解决方案是捕获l1（使其可使用 odr）或使其static成为全局（使规则变得无关紧要，因为l1不再是本地实体）。