C 11 Lambda 能否在不呼叫未定義行為的情況下捕獲引用？

在 C 11 Lambda 中捕獲引用

在 C 中，lambda 表達式可以從其封閉範圍捕獲變數。然而，捕獲的方法決定了變數是透過引用還是透過值來存取。考慮以下程式碼：

<code class="cpp">#include <functional>
#include <iostream>

std::function<void()> make_function(int& x) {
    return [&]{ std::cout << x << std::endl; };
}

int main() {
    int i = 3;
    auto f = make_function(i);
    i = 5;
    f();
}</code>

此程式碼使用 [&] 語法透過引用擷取變數 x。問題是這個程式是否保證在不呼叫未定義行為的情況下輸出 5。

答案：是

程式碼保證正確運作。在檢查底層標準措詞之前，重要的是要注意此代碼的功能符合 C 委員會的預期。然而，C 11 標準的最初措辭在這一問題上並不清楚，導致 CWG 問題 2011 被提出來提供澄清。這個問題正在C標準的持續開發中解決。

標準解釋

根據C標準的[expr.prim.lambda]/17，只有引用複製捕獲的實體的id 表達式才會轉換為lambda 閉包類型的成員存取。引用透過引用捕獲的實體的 id 表達式將被保留，並繼續表示它們在封閉範圍中表示的相同實體。

在上面的程式碼中，捕獲的實體是 make_function 函數的參數 x ，落在 lambda 的可達範圍內。因此，lambda 表達式中的引用 x 引用了在 main 函數中宣告的原始變數。

在 make_function 函數傳回後，在 x 的生命週期之外引用 x 最初可能會出現問題。但是，在有限的情況下，可以在引用的生命週期之外對其進行引用。一般來說，引用要麼在作用域中聲明，要麼是類別成員，在這種情況下，類別本身必須在其生命週期中。

因此，標準沒有明確禁止在其生命週期之外使用引用。此漏洞允許支援在 lambda 表達式中透過引用捕獲引用。

CWG 2012 期問題與未來澄清

提出CWG 2012 期問題是為了解決監督問題在某些情況下，引用可以在其生命週期之外被引用。此問題的解決無意中影響了透過引用引用捕獲 lambda 的規範。不過，預計此回歸將在 C 17 發布之前修復。

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