C++ 如何將Lambda轉換成函數指針

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沒有捕獲任何變量的Lambda表達式可以轉換成與它的調用原型一致的函數指針。

參考下面的代碼

void example1()
{
    auto add = [](int x, int y)
    {
        return x + y;
    };
    int x = 2, y = 3;
    int z1 = add(x, y);                  // 調用Lambda
    int(*f)(int, int) = add;             // Lambda轉換成函數指針
    int z2 = f(x, y);                    // 調用函數
    cout << z1 << ", " << z2 << endl;
}

Lambda是實現瞭函數調用運算符的匿名類(anonymous class)。對於每一個Lambda，編譯器創建匿名類，並定義相應的數據成員存儲Lambda捕獲的變量。沒有捕獲變量的Lambda不包含任何含成員變量。

一個沒有任何成員變量(包括沒有虛函數表指針)的類型，在空指針上調用成員函數也不會有任何的問題，因為它的成員函數不會通過this指針訪問內存。

當Lambda向函數指針的轉換時，編譯器為Lambda的匿名類實現函數指針類型轉換運算符。

上面的例子中，編譯器實現operator int(*)(int, int)。

下面是Visual C++編譯器為語句int(*f)(int, int) = add生成的64位匯編代碼：

lea         rcx,[add]  
call        <lambda_0e153cdea67ea404383c23c1022dd325>::operator int (__cdecl*)(int,int) 
mov         qword ptr [f],rax  

第1行，變量"add"的地址存入rcx寄存器；第2行，調用匿名類的函數指針類型轉換運算符；第3行，返回結果存入變量f。

提示：在默認的成員函數調用約定__thiscall下，this指針通過rcx寄存器傳遞， 有關__thiscall的詳細內容，請參考：https://docs.microsoft.com/en-us/cpp/cpp/thiscall。

下面是類型轉換運算符實現的一行關鍵匯編代碼

lea         rax,[<lambda_0e153cdea67ea404383c23c1022dd325>::<lambda_invoker_cdecl>] 

這一行把匿名類的名為lambda_invoker_cdecl的函數地址存入用於返回結果的寄存器rax。因為隻有類的靜態函數可以轉換成非成員函數指針，所以lambda_invoker_cdecl是靜態函數。下面是此函數其中一段匯編代碼：

xor         rcx,rcx  
call        <lambda_0e153cdea67ea404383c23c1022dd325>::operator() 

第一行，rcx寄存器清0，即this指針置0；第二行，調用operator()。

綜合上面的分析，得出Lambda轉換成函數指針的一種可能的實現方式，參考下面的代碼：

typedef int(*FUNCADD)(int, int);

// 實現兩個整數相加的函數對象
class add_function_object
{
public:
    // 函數調用運算符
    int operator()(int x, int y)const
    {
        return x + y;
    }
    // 函數指針類型轉換運算符
    operator FUNCADD()const
    {
        return add;
    }
private:
    static int add(int x, int y)
    {
        add_function_object* obj = nullptr;
        return obj->operator()(x, y);
    }
};

void example2()
{
    int x = 2, y = 3;
    add_function_object add;
    int z1 = add(x, y);
    auto fadd = add.operator FUNCADD();
    int z2 = fadd(x, y);
    cout << z1 << ", " << z2 << endl;
}

從C++17起，沒有捕獲任何變量的Lambda可以用作值類型模板實參，參考下面的代碼：

typedef int (*INTEGER_OPERATION)(int, int);

int do_integer_operation(INTEGER_OPERATION op, int x, int y)
{
    return op(x, y);
}

template <INTEGER_OPERATION op>
int integer_operation_t(int x, int y)
{
    return op(x, y);
}

void example3()
{
    auto add = [](int x, int y)
    {
        return x + y;
    };
    auto sub = [](int x, int y)
    {
        return x - y;
    };
    int z1 = integer_operation_t<add>(2, 3);
    int z2 = do_integer_operation(integer_operation_t<sub>, 2, 3);
    cout << "z1 : " << z1 << ", z2 : " << z2 << endl;
}

以上為個人經驗，希望能給大傢一個參考，也希望大傢多多支持WalkonNet。

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