C++ 中lambda表达式的编译器实现原理

Z时代
2024-01-10
分类：综合

什么是Lambda？

C++ 11加入了一个非常重要的特性——Lambda表达式。营里（戴维营）的兄弟都对Objective-C很熟悉，许多人多block情有独钟，将各种回调函数、代理通通都用它来实现。甚至有人选择用FBKVOController、BlocksKit等开源框架将KVO、控件事件处理都改为通过block解决。原因就是简单、方便、直观，函数的定义和使用出现在同一个地方。这里的Lambda表达式实际上和block非常类似，当然如果你用它和Swift语言的闭包比较，那就是一回事了。

现在，Android已经全面转向C++11/14标准了，看代码的话，很多地方变化很大，新标准真的是有点颠覆性的，感觉已经不会C++了。今天有看到lambda表达式，突然想看一下，这货是怎么实现的，如下，写了个例子，分别调用3个lambda表达式：


#include <stdlib.h> 
#include <stdio.h> 
//1. 无参数 
auto hello = [] () {printf( "Hello world!\n");}; 
// 2. 一个参数 
auto hello_int = [] (int val){ printf("the value is %d\n", val); }; 
int main(int argc, char **argv) { 
 hello(); 
 hello_int(argc); 
 // 3. 带捕获列表的lambda表达式 
 auto lambda = [argc, argv]() {printf("param: %d, path is:%s\n", argc, argv[0]);}; 
 lambda(); 
 return 0; 
}

很简单定义三个lambda表达式，lambda表达式就不细说是什么了，基本上是介绍新标准的书，都会说的很明白。这里想看一下，具体编译器是怎么实现表达式的呢？第一印象，应该是表达式按照内联函数的方式实现的吧，调用的地方自动展开，这样参数、捕获列表啥的都很好实现。

简单看一下，编译时不优化，反汇编看一下，如下，调用的main函数：

上面按顺序调用的，就是代码中对应的三个lambda表达式。从这个反汇编看，貌似和猜想的不一样是调了函数不是内联展开。

红色框住的调用函数[蓝色是实际的符号，灰色是demangle后的，分析看这个]，分别是：


$_0::operator()(void)  
$_1::operator()(int) 
main::$_2::operator() const(void)

这是三个重载的()操作符.. 调用前看到有压入this参数，这是对象的方法调用，从反汇编看，是栈上创建对象，然后直接使用，使用是通过operator()..

这货不就是函数对象么？？？？

OK，那就明白了，lambda表达式，编译器自动转换成函数对象执行。。。。

上面的例子，编译器转换的如下：


#include <stdlib.h> 
#include <stdio.h> 
class $_0 { 
public: 
 void operator() { 
 printf( "Hello world!\n"); 
 } 
}; 
class $_1 { 
public: 
 void operator(int va) { 
  printf("the value is %d\n", val); 
 } 
}; 
class main::$_2 { 
public: 
 main::$_2(int i, char **v): argc(i), argv(v) {} 
 //带捕获列表的，不能修改捕获列表... 
 void operator() const { 
 printf("param: %d, path is:%s\n", argc, argv[0]); 
 } 
private: 
 int argc; 
 char **argv; 
} 
int main(int argc, char **argv) { 
 $_0 hello; 
 hello(); 
 $_1 hello_int; 
 hello_int(argc); 
 main::$_2 lambda(argc, argv); 
 lambda(); 
 return 0; 
}