C++对象模型之lambda表达式

lambda表达式的求值-对象构造

本来想写“定义”，即“definition”，像函数定义一样，函数具体实现的代码实体即为实现，但是就像lambda既然被称为表达式，它确实有表达式那样“求值”的动作，而不仅仅像函数那样静态地编译。所以应该写“求值”更确切些，即“evaluation”。如果lambda定义的仅仅是一个函数，也就是返回一个函数指针，那么这里就应该叫做“定义”，但是lambda实际上定义了一个“函数对象”，即“function object”。

首先像下面这样定义一个简单的lambda表达式：

设好断点，在调试状态下查看相应的汇编代码：

这是设置为不显示符号名称后更原汁原味的汇编代码：

可以看到，编译器将a，b的地址压栈，这里都是地址，虽然对于变量a我们是by value而不是by reference。接下来，把lbd的地址装入ecx，然后call，很明显的thiscall，那么lbd自然就是一个object，那么此时此刻被调用的当然就是constructor。

跟踪到constructor代码处继续看，跳过函数入口的stack frame、寄存器保存等操作，直接定位到目标代码：

不显示符号名称，对比着看：

首先，把ecx的值存到堆栈上的this指针，然后通过堆栈上a的地址取到a的值，把a的值存储到this所指对象（即上面的lbd）0偏移处，占4字节（一个int），最后把堆栈上b的地址存储到this所指对象4字节偏移处，占4字节（32位平台指针大小）。一个值、一个地址，在这里我们就可以体会到“by value”和“by reference”的实现原理了。a的值和b的地址在这里就被存储到了lambda对象体内部，对程序员不可见，在对象的生命周期内都不会改变。

所以我们可以推导出，lbd对象的class定义为：

class Clambda
{
public:
    Clambda(int &a, int &b)
    {
        this->a = a;
        this->pb = &b;
    }
protected:
    int a;
    int *pb;
};

或者写成这样：

class Clambda
{
public:
    Clambda(int &a, int &b) : a(a), b(b)
    {
    }
protected:
    int a;
    int &b;
};

lambda表达式的定义，即表达式的求值，也就是等价类对象的实例化。

lambda表达式的Function Call Operator

在原有代码基础之上，加一句调用代码：

在调试汇编窗口查看：

不显示符号名称：

不出所料，在这里我们又看到了thiscall。继续跟踪到函数内部：

不显示符号名称：

首先从栈上取到x的值，然后通过this指针取到对象体0偏移处4个字节即变量a的值（“by value”，这个值是lambda对象定义时刻的值），然后相乘，之后通过this指针取到对象体4字节偏移处存储的指向变量b的指针，进一步得到b的值（“by reference”，当前时刻的值），再相乘得到结果。

现在，我们可以完善lbd的class定义：

class Clambda
{
public:
    Clambda(int &a, int &b)
    {
        this->a = a;
        this->pb = &b;
    }
    int operator()(int x)
    {
        return x * a * *pb;
    }
protected:
    int a;
    int *pb;
};

或者：

class Clambda
{
public:
    Clambda(int &a, int &b) : a(a), b(b)
    {
    }
    int operator()(int x)
    {
        return x * a * b;
    }
protected:
    int a;
    int &b;
};

用class实现等价lambda

把原来代码中的lambda表达式用我们上面定义的Clambda类替换，汇编代码如下：

对象构造和function call：

不显示符号名称：

构造函数：

不显示符号名称：

function call函数体：

不显示符号名称：

结束语

lambda的出现大大方便了function object的创建，编译器帮我们做了多余的工作。然而lambda带来方便的同时，也有很多值得注意的地方，例如笔者在做Win8 Metro开发的时候，就曾不止一次内存访问异常，究其原因就是因为异步lambda按引用捕获的外层函数局部变量已销毁。了解了lambda的底层原理，应该可以帮我们更好的避免此类错误，用好lambda。

喜爱C++，喜爱lambda。