EffectiveModernCppChinese/6.LambdaExpressions/item32.html

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2022-07-02 13:21:48 +08:00
<title>Item 32:使用初始化捕获来移动对象到闭包中 - Effective Modern C++</title>
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<ol class="chapter"><li class="chapter-item expanded "><a href="../Introduction.html">简介</a></li><li class="chapter-item expanded "><div>第一章 类型推导</div></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../1.DeducingTypes/item1.html">Item 1:理解模板类型推导</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../1.DeducingTypes/item2.html">Item 2:理解auto类型推导</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../1.DeducingTypes/item3.html">Item 3:理解decltype</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../1.DeducingTypes/item4.html">Item 4:学会查看类型推导结果</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><div>第二章 auto</div></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../2.Auto/item5.html">Item 5:优先考虑auto而非显式类型声明</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../2.Auto/item6.html">Item 6:auto推导若非己愿使用显式类型初始化惯用法</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><div>第三章 移步现代C++</div></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item7.html">Item 7:区别使用()和{}创建对象</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item8.html">Item 8:优先考虑nullptr而非0和NULL</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item9.html">Item 9:优先考虑别名声明而非typedefs</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item10.html">Item 10:优先考虑限域枚举而非未限域枚举</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item11.html">Item 11:优先考虑使用deleted函数而非使用未定义的私有声明</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item12.html">Item 12:使用override声明重载函数</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item13.html">Item 13:优先考虑const_iterator而非iterator</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item14.html">Item 14:如果函数不抛出异常请使用noexcept</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item15.html">Item 15:尽可能的使用constexpr</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item16.html">Item 16:让const成员函数线程安全</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item17.html">Item 17:理解特殊成员函数函数的生成</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><div>第四章 智能指针</div></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../4.SmartPointers/item18.html">Item 18:对于独占资源使用std::unique_ptr</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../4.SmartPointers/item19.html">Item 19:对于共享资源使用std::shared_ptr</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../4.SmartPointers/item20.html">Item 20:当std::shared_ptr可能悬空时使用std::weak_ptr</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../4.SmartPointers/item21.html">Item 21:优先考虑使用std::make_unique和std::make_shared而非new</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../4.SmartPointers/item22.html">Item 22:当使用Pimpl惯用法请在实现文件中定义特殊成员函数</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><div>第五章 右值引用,移动语义,完美转发</div></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../5.RRefMovSemPerfForw/item23.html">Item 23:理解std::move和std::forward</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../5.RRefMovSemPerfForw/item24.html">Item 24:区别通用引用和右值引用</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../5.RRefMovSemPerfForw/item25.html">Item 25:对于右值引用使用std::move对于通用引用使用std::forward</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../5.RRefMovSemPerf
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<main>
<h2 id="条款三十二使用初始化捕获来移动对象到闭包中"><a class="header" href="#条款三十二使用初始化捕获来移动对象到闭包中">条款三十二:使用初始化捕获来移动对象到闭包中</a></h2>
<p><strong>Item 32: Use init capture to move objects into closures</strong></p>
<p>在某些场景下,按值捕获和按引用捕获都不是你所想要的。如果你有一个只能被移动的对象(例如<code>std::unique_ptr</code><code>std::future</code>要进入到闭包里使用C++11是无法实现的。如果你要复制的对象复制开销非常高但移动的成本却不高例如标准库中的大多数容器并且你希望的是宁愿移动该对象到闭包而不是复制它。然而C++11却无法实现这一目标。</p>
<p>但那是C++11的时候。到了C++14就另一回事了它能支持将对象移动到闭包中。如果你的编译器兼容支持C++14那么请愉快地阅读下去。如果你仍然在使用仅支持C++11的编译器也请愉快阅读因为在C++11中有很多方法可以实现近似的移动捕获。</p>
<p>缺少移动捕获被认为是C++11的一个缺点直接的补救措施是将该特性添加到C++14中但标准化委员会选择了另一种方法。他们引入了一种新的捕获机制该机制非常灵活移动捕获是它可以执行的技术之一。新功能被称作<strong>初始化捕获</strong><em>init capture</em>C++11捕获形式能做的所有事它几乎可以做甚至能完成更多功能。你不能用初始化捕获表达的东西是默认捕获模式<a href="../6.LambdaExpressions/item31.html">Item31</a>说明提醒了你无论如何都应该远离默认捕获模式。在C++11捕获模式所能覆盖的场景里初始化捕获的语法有点不大方便。因此在C++11的捕获模式能完成所需功能的情况下使用它是完全合理的</p>
<p>使用初始化捕获可以让你指定:</p>
<ol>
<li>从lambda生成的闭包类中的<strong>数据成员名称</strong></li>
<li>初始化该成员的<strong>表达式</strong></li>
</ol>
<p>这是使用初始化捕获将<code>std::unique_ptr</code>移动到闭包中的方法:</p>
<pre><code class="language-c++">class Widget { //一些有用的类型
public:
bool isValidated() const;
bool isProcessed() const;
bool isArchived() const;
private:
};
auto pw = std::make_unique&lt;Widget&gt;(); //创建Widget使用std::make_unique
//的有关信息参见条款21
… //设置*pw
auto func = [pw = std::move(pw)] //使用std::move(pw)初始化闭包数据成员
{ return pw-&gt;isValidated()
&amp;&amp; pw-&gt;isArchived(); };
</code></pre>
<p>高亮的文本包含了初始化捕获的使用(译者注:高亮了“<code>pw = std::move(pw)</code>”),“<code>=</code>”的左侧是指定的闭包类中数据成员的名称,右侧则是初始化表达式。有趣的是,“<code>=</code>”左侧的作用域不同于右侧的作用域。左侧的作用域是闭包类,右侧的作用域和<em>lambda</em>定义所在的作用域相同。在上面的示例中,“<code>=</code>”左侧的名称<code>pw</code>表示闭包类中的数据成员,而右侧的名称<code>pw</code>表示在<em>lambda</em>上方声明的对象,即由调用<code>std::make_unique</code>去初始化的变量。因此,“<code>pw = std::move(pw)</code>”的意思是“在闭包中创建一个数据成员<code>pw</code>,并使用将<code>std::move</code>应用于局部变量<code>pw</code>的结果来初始化该数据成员”。</p>
<p>一般来说,<em>lambda</em>主体中的代码在闭包类的作用域内,因此<code>pw</code>的使用指的是闭包类的数据成员。</p>
<p>在此示例中,注释“设置<code>*pw</code>”表示在由<code>std::make_unique</code>创建<code>Widget</code>之后,<em>lambda</em>捕获到指向<code>Widget</code><code>std::unique_ptr</code>之前,该<code>Widget</code>以某种方式进行了修改。如果不需要这样的设置,即如果<code>std::make_unique</code>创建的<code>Widget</code>处于适合被<em>lambda</em>捕获的状态,则不需要局部变量<code>pw</code>,因为闭包类的数据成员可以通过<code>std::make_unique</code>直接初始化:</p>
<pre><code class="language-c++">auto func = [pw = std::make_unique&lt;Widget&gt;()] //使用调用make_unique得到的结果
{ return pw-&gt;isValidated() //初始化闭包数据成员
&amp;&amp; pw-&gt;isArchived(); };
</code></pre>
<p>这清楚地表明了这个C++14的捕获概念是从C++11发展出来的的在C++11中无法捕获表达式的结果。 因此,初始化捕获的另一个名称是<strong>通用<em>lambda</em>捕获</strong><em>generalized lambda capture</em>)。</p>
<p>但是如果你使用的一个或多个编译器不支持C++14的初始捕获怎么办 如何使用不支持移动捕获的语言完成移动捕获?</p>
<p>请记住,<em>lambda</em>表达式只是生成一个类和创建该类型对象的一种简单方式而已。没什么事是你用<em>lambda</em>可以做而不能自己手动实现的。 那么我们刚刚看到的C++14的示例代码可以用C++11重新编写如下所示</p>
<pre><code class="language-c++">class IsValAndArch { //“is validated and archived”
public:
using DataType = std::unique_ptr&lt;Widget&gt;;
explicit IsValAndArch(DataType&amp;&amp; ptr) //条款25解释了std::move的使用
: pw(std::move(ptr)) {}
bool operator()() const
{ return pw-&gt;isValidated() &amp;&amp; pw-&gt;isArchived(); }
private:
DataType pw;
};
auto func = IsValAndArch(std::make_unique&lt;Widget&gt;())();
</code></pre>
<p>这个代码量比<em>lambda</em>表达式要多但这并不难改变这样一个事实即如果你希望使用一个C++11的类来支持其数据成员的移动初始化那么你唯一要做的就是在键盘上多花点时间。</p>
<p>如果你坚持要使用<em>lambda</em>并且考虑到它们的便利性你可能会这样做移动捕获可以在C++11中这样模拟</p>
<ol>
<li><strong>将要捕获的对象移动到由<code>std::bind</code>产生的函数对象中;</strong></li>
<li><strong>将“被捕获的”对象的引用赋予给<em>lambda</em></strong></li>
</ol>
<p>如果你熟悉<code>std::bind</code>,那么代码其实非常简单。如果你不熟悉<code>std::bind</code>,那可能需要花费一些时间来习惯它,但这无疑是值得的。</p>
<p>假设你要创建一个本地的<code>std::vector</code>在其中放入一组适当的值然后将其移动到闭包中。在C++14中这很容易实现</p>
<pre><code class="language-c++">std::vector&lt;double&gt; data; //要移动进闭包的对象
… //填充data
auto func = [data = std::move(data)] //C++14初始化捕获
{ /*使用data*/ };
</code></pre>
<p>我已经对该代码的关键部分进行了高亮:要移动的对象的类型(<code>std::vector&lt;double&gt;</code>),该对象的名称(<code>data</code>)以及用于初始化捕获的初始化表达式(<code>std::move(data)</code>。C++11的等效代码如下其中我强调了相同的关键事项</p>
<pre><code class="language-c++">std::vector&lt;double&gt; data; //同上
… //同上
auto func =
std::bind( //C++11模拟初始化捕获
[](const std::vector&lt;double&gt;&amp; data) //译者注:本行高亮
{ /*使用data*/ },
std::move(data) //译者注:本行高亮
);
</code></pre>
<p><em>lambda</em>表达式一样,<code>std::bind</code>产生函数对象。我将由<code>std::bind</code>返回的函数对象称为<strong>bind对象</strong><em>bind objects</em>)。<code>std::bind</code>的第一个实参是可调用对象,后续实参表示要传递给该对象的值。</p>
<p>一个bind对象包含了传递给<code>std::bind</code>的所有实参的副本。对于每个左值实参bind对象中的对应对象都是复制构造的。对于每个右值它都是移动构造的。在此示例中第二个实参是一个右值<code>std::move</code>的结果,请参见<a href="../5.RRefMovSemPerfForw/item23.html">Item23</a>),因此将<code>data</code>移动构造到绑定对象中。这种移动构造是模仿移动捕获的关键因为将右值移动到bind对象是我们解决无法将右值移动到C++11闭包中的方法。</p>
<p>当“调用”bind对象即调用其函数调用运算符其存储的实参将传递到最初传递给<code>std::bind</code>的可调用对象。在此示例中,这意味着当调用<code>func</code>bind对象<code>func</code>中所移动构造的<code>data</code>副本将作为实参传递给<code>std::bind</code>中的<em>lambda</em></p>
<p><em>lambda</em>与我们在C++14中使用的<em>lambda</em>相同,只是添加了一个形参<code>data</code>来对应我们的伪移动捕获对象。此形参是对bind对象中<code>data</code>副本的左值引用。(这不是右值引用,因为尽管用于初始化<code>data</code>副本的表达式(<code>std::move(data)</code>)为右值,但<code>data</code>副本本身为左值。)因此,<em>lambda</em>将对绑定在对象内部的移动构造的<code>data</code>副本进行操作。</p>
<p>默认情况下,从<em>lambda</em>生成的闭包类中的<code>operator()</code>成员函数为<code>const</code>的。这具有在<em>lambda</em>主体内把闭包中的所有数据成员渲染为<code>const</code>的效果。但是bind对象内部的移动构造的<code>data</code>副本不是<code>const</code>的,因此,为了防止在<em>lambda</em>内修改该<code>data</code>副本,<em>lambda</em>的形参应声明为reference-to-<code>const</code>。 如果将<em>lambda</em>声明为<code>mutable</code>,则闭包类中的<code>operator()</code>将不会声明为<code>const</code>,并且在<em>lambda</em>的形参声明中省略<code>const</code>也是合适的:</p>
<pre><code class="language-c++">auto func =
std::bind( //C++11对mutable lambda
[](std::vector&lt;double&gt;&amp; data) mutable //初始化捕获的模拟
{ /*使用data*/ },
std::move(data)
);
</code></pre>
<p>因为bind对象存储着传递给<code>std::bind</code>的所有实参的副本所以在我们的示例中bind对象包含由<em>lambda</em>生成的闭包副本,这是它的第一个实参。 因此闭包的生命周期与bind对象的生命周期相同。 这很重要因为这意味着只要存在闭包包含伪移动捕获对象的bind对象也将存在。</p>
<p>如果这是你第一次接触<code>std::bind</code>则可能需要先阅读你最喜欢的C++11参考资料然后再讨论所有详细信息。 即使是这样,这些基本要点也应该清楚:</p>
<ul>
<li>无法移动构造一个对象到C++11闭包但是可以将对象移动构造进C++11的bind对象。</li>
<li>在C++11中模拟移动捕获包括将对象移动构造进bind对象然后通过传引用将移动构造的对象传递给<em>lambda</em></li>
<li>由于bind对象的生命周期与闭包对象的生命周期相同因此可以将bind对象中的对象视为闭包中的对象。</li>
</ul>
<p>作为使用<code>std::bind</code>模仿移动捕获的第二个示例,这是我们之前看到的在闭包中创建<code>std::unique_ptr</code>的C++14代码</p>
<pre><code class="language-c++">auto func = [pw = std::make_unique&lt;Widget&gt;()] //同之前一样
{ return pw-&gt;isValidated() //在闭包中创建pw
&amp;&amp; pw-&gt;isArchived(); };
</code></pre>
<p>这是C++11的模拟实现</p>
<pre><code class="language-c++">auto func = std::bind(
[](const std::unique_ptr&lt;Widget&gt;&amp; pw)
{ return pw-&gt;isValidated()
&amp;&amp; pw-&gt;isArchived(); },
std::make_unique&lt;Widget&gt;()
);
</code></pre>
<p>具备讽刺意味的是,这里我展示了如何使用<code>std::bind</code>解决C++11 <em>lambda</em>中的限制,因为在<a href="../6.LambdaExpressions/item34.html">Item34</a>中,我主张使用<em>lambda</em>而不是<code>std::bind</code>。但是该条款解释的是在C++11中有些情况下<code>std::bind</code>可能有用,这就是其中一种。 在C++14中初始化捕获和<code>auto</code>形参等特性使得这些情况不再存在。)</p>
<p><strong>请记住:</strong></p>
<ul>
<li>使用C++14的初始化捕获将对象移动到闭包中。</li>
<li>在C++11中通过手写类或<code>std::bind</code>的方式来模拟初始化捕获。</li>
</ul>
</main>
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