Effective Modern C++ 条款31：避免使用默认捕获模式

在C++11中，lambda表达式引入了两种默认捕获模式：按引用捕获（[&]）和按值捕获（[=]）。这两种模式虽然提供了便利，但也隐藏着潜在的风险。本文将深入探讨默认捕获模式的危害，并提供最佳实践建议，以帮助开发者编写更安全、更可靠的代码。

引言

默认捕获模式在C++中提供了极大的灵活性，但如果不加以注意，可能会导致悬空引用（dangling reference）或误导开发者认为lambda是独立的。这些潜在的问题可能在代码运行时引发未定义行为，影响程序的稳定性和正确性。

按引用捕获的危害

按引用捕获模式（[&]）允许lambda捕获其所在作用域内的所有局部变量和形参的引用。然而，这种模式可能导致悬空引用，因为引用的生命周期可能超过被引用对象的生命周期。

示例：悬空引用的危险

using FilterContainer = std::vector<std::function<bool(int)>>;void addDivisorFilter()
{auto calc1 = computeSomeValue1();auto calc2 = computeSomeValue2();auto divisor = computeDivisor(calc1, calc2);filters.emplace_back([&](int value) { return value % divisor == 0; });
}

在这个示例中，divisor是一个局部变量。当addDivisorFilter函数返回时，divisor的生命周期结束，而lambda捕获了对它的引用。如果之后使用这个lambda，将导致悬空引用，引发未定义行为。

按值捕获的问题

按值捕获模式（[=]）将lambda所在作用域内的所有局部变量和形参按值捕获。虽然这避免了悬空引用的风险，但它也可能带来误导，使开发者认为lambda是独立的，而实际上可能依赖外部变量。

示例：按值捕获的误导

void addDivisorFilter()
{static auto calc1 = computeSomeValue1();static auto calc2 = computeSomeValue2();static auto divisor = computeDivisor(calc1, calc2);filters.emplace_back([=](int value) { return value % divisor == 0; });++divisor;
}

在这个示例中，divisor是一个静态变量。尽管lambda使用了按值捕获模式，但它并没有捕获divisor，而是引用了静态变量。每次调用addDivisorFilter时，divisor都会递增，导致lambda的行为发生变化。这与开发者可能认为的按值捕获是独立的形成鲜明对比。

显式捕获的好处

显式捕获（[variable]或[&variable]）允许开发者明确指定lambda捕获的变量。这种做法提高了代码的可读性和维护性，并减少了潜在的错误。

示例：显式捕获的安全性

void addDivisorFilter()
{auto calc1 = computeSomeValue1();auto calc2 = computeSomeValue2();auto divisor = computeDivisor(calc1, calc2);filters.emplace_back([divisor](int value) { return value % divisor == 0; });
}

在这个示例中，divisor被显式捕获，确保其生命周期与lambda一致。这种做法避免了悬空引用的风险，并使代码更易于理解和维护。

成员变量的捕获

在类成员函数中，lambda可能会隐式捕获this指针。如果不加以注意，可能导致悬空指针。

示例：隐式捕获this指针

class Widget {
public:void addFilter() const;
private:int divisor;
};void Widget::addFilter() const
{filters.emplace_back([=](int value) { return value % divisor == 0; });
}

在这个示例中，divisor是Widget类的成员变量。lambda隐式捕获了this指针，而不是divisor。如果Widget对象在lambda使用前被销毁，将导致悬空指针。

解决方案：显式捕获成员变量

void Widget::addFilter() const
{auto divisorCopy = divisor;filters.emplace_back([divisorCopy](int value) { return value % divisorCopy == 0; });
}

在这个解决方案中，divisor被显式捕获并存储在divisorCopy中，确保其生命周期与lambda一致。

总结

默认捕获模式在C++中提供了便利，但如果不加以注意，可能导致悬空引用或误导开发者。显式捕获是一种更安全和可靠的做法，能够提高代码的可读性和维护性。在实际开发中，建议避免使用默认捕获模式，并显式指定lambda捕获的变量。