Lambda函数可变捕获从引用到全局变量的行为差异

我发现如果我使用lambda使用mutable关键字捕获对全局变量的引用，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;
}

VS 2015和GCC的结果（g ++（Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1〜16.04.12）5.4.0 20160609）：

100 223 100

clang ++（clang版本3.8.0-2ubuntu4（标签/ RELEASE_380 / final））的结果：

100 223 223

为什么会这样？C ++标准允许吗？

Lambda无法通过值本身捕获引用（std::reference_wrapper用于此目的）。

在你的拉姆达，[m]捕获m的值（因为没有&在捕捉），所以m（是一个参考n）首先取消引用和副本的它引用的东西（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。正如您所期望的，这就是您在VS和GCC输出中看到的。

Clang输出错误，如果尚未输出，则应将其报告为错误。

如果您希望自己的lambda进行修改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通过引用进行捕获：[&n]。

尽管由于n处于全局范围内，所以实际上根本不需要捕获它，但是lambda可以在不捕获的情况下全局访问它：

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

我认为Clang实际上可能是正确的。

根据[lambda.capture] / 11，仅当lambda构成odr-use时，该lambda中使用的id表达式才引用该lambda的被副本捕获的成员。如果不是，则引用原始实体。这适用于C ++ 11以后的所有C ++版本。

根据C ++ 17的[basic.dev.odr] / 3，如果对引用变量进行从左值到右值的转换会产生一个常量表达式，则不会使用该引用变量。

但是，在C ++ 20草案中，左值到右值转换的要求被删除，相关段落多次更改为包括或不包括转换。请参阅CWG第1472期和CWG第1741期，以及CWG第2083期。

由于m使用常量表达式（指静态存储期限对象）初始化，因此使用它会在[expr.const] /2.11.1中针对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转换，则不是这种情况，因为n在常量表达式中不能使用的值。

因此，取决于在确定odr的使用时是否应应用左值到右值转换，当您m在lambda中使用时，它可能引用或可能不引用lambda的成员。

如果应应用转换，则GCC和MSVC是正确的，否则使用Clang。

如果将的初始化更改m为不再是常量表达式，则可以看到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为

100 223 100

因为m在lambda中将引用闭包的成员，该成员的类型是int根据中的引用变量m进行了复制初始化的f。

C ++ 17标准不允许这样做，但是其他一些标准草案可能允许这样做。这很复杂，原因未在此答案中说明。

[expr.prim.lambda.capture] / 10：

对于通过副本捕获的每个实体，在闭包类型中声明一个未命名的非静态数据成员。这些成员的声明顺序未指定。如果实体是对对象的引用，则此数据成员的类型为引用的类型；如果实体是对函数的引用，则为对引用的函数类型的左值引用；否则为相应捕获的实体的类型。

的[m]装置，该变量m在f被拷贝捕获。实体m是对对象的引用，因此闭包类型具有一个成员，其类型为引用的类型。也就是说，成员的类型为int，而不是int&。

由于该名称m在lambda体名内关闭对象的成员，而不是在变量f（这是有问题的部分），语句m += 123;修改该成员，这是一个不同int的对象::n。