Effective Modern C++ 条款32：使用初始化捕获将对象移入闭包

在C++开发中，lambda表达式已经成为现代C++编程不可或缺的一部分。然而，在C++11中，lambda捕获机制存在一个明显的限制：无法将对象移动（move）到闭包中。这个问题在C++14中通过"初始化捕获"（init capture）得到了解决。本文将深入探讨这一特性及其应用场景。

为什么需要移动捕获？

在C++11中，lambda表达式只能通过两种方式捕获外部变量：

1. 按值捕获（复制）
2. 按引用捕获（依赖外部生命周期）

这两种方式在某些场景下都不理想。考虑以下两种情况：

1. 当你有一个只能被移动的对象（如std::unique_ptr或std::future）需要进入闭包时
2. 当你要复制的对象复制开销很高，但移动成本很低（如标准库容器），而你希望移动而非复制该对象到闭包中

在C++11中，这两种需求都无法直接满足，这被认为是C++11的一个缺点。

C++14的解决方案：初始化捕获

C++14引入了初始化捕获（也称为通用lambda捕获）来解决这个问题。初始化捕获允许你：

1. 指定从lambda生成的闭包类中的数据成员名称
2. 指定初始化该成员的表达式

基本用法示例

auto pw = std::make_unique<Widget>();  // 创建Widgetauto func = [pw = std::move(pw)] {     // 使用std::move(pw)初始化闭包数据成员return pw->isValidated() && pw->isArchived();
};

在这个例子中：

• =左侧的pw表示闭包类中的数据成员
• =右侧的pw表示lambda上方声明的对象
• pw = std::move(pw)表示"在闭包中创建数据成员pw，并使用将std::move应用于局部变量pw的结果来初始化该数据成员"

直接初始化示例

如果不需要在捕获前修改对象，我们可以直接初始化闭包成员：

auto func = [pw = std::make_unique<Widget>()] {return pw->isValidated() && pw->isArchived();
};

C++11中的模拟实现

如果你的项目仍在使用C++11，有几种方法可以模拟移动捕获的效果。

方法1：手动实现函数对象

class IsValAndArch {
public:using DataType = std::unique_ptr<Widget>;explicit IsValAndArch(DataType&& ptr) : pw(std::move(ptr)) {}bool operator()() const {return pw->isValidated() && pw->isArchived();}private:DataType pw;
};auto func = IsValAndArch(std::make_unique<Widget>());

这种方法虽然代码量多，但能实现相同的功能。

方法2：使用std::bind模拟

更简洁的方法是使用std::bind：

std::vector<double> data;auto func = std::bind([](const std::vector<double>& data) { /* 使用data */ },std::move(data)
);

这种方法的原理是：

1. 将要捕获的对象移动到由std::bind产生的函数对象中
2. 将被捕获对象的引用传递给lambda

对于mutable lambda，需要稍作修改：

auto func = std::bind([](std::vector<double>& data) mutable { /* 使用data */ },std::move(data)
);

std::unique_ptr的模拟示例

auto func = std::bind([](const std::unique_ptr<Widget>& pw) {return pw->isValidated() && pw->isArchived();},std::make_unique<Widget>()
);

关键要点总结

1. C++14初始化捕获：使用初始化捕获可以方便地将对象移动到闭包中
2. C++11替代方案：
   • 通过手写类模拟初始化捕获
   • 使用std::bind来模拟初始化捕获
3. 原理理解：
   • 无法移动构造一个对象到C++11闭包
   • 但可以将对象移动构造进C++11的bind对象
   • 通过传引用将移动构造的对象传递给lambda

结论

初始化捕获是C++14中一个强大而灵活的特性，它解决了C++11 lambda表达式在移动语义方面的限制。对于仍在使用C++11的开发者，理解如何通过std::bind或手动实现函数对象来模拟这一功能同样重要。随着现代C++的发展，合理运用这些特性可以写出更高效、更清晰的代码。