C++ 如何将Lambda转换成函数指针

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C++ 如何将Lambda转换成函数指针

斗酒神僧   2022-11-07 我要评论

没有捕获任何变量的Lambda表达式可以转换成与它的调用原型一致的函数指针。

参考下面的代码

void example1()
{
    auto add = [](int x, int y)
    {
        return x + y;
    };
    int x = 2, y = 3;
    int z1 = add(x, y);                  // 调用Lambda
    int(*f)(int, int) = add;             // Lambda转换成函数指针
    int z2 = f(x, y);                    // 调用函数
    cout << z1 << ", " << z2 << endl;
}

Lambda是实现了函数调用运算符的匿名类(anonymous class)。对于每一个Lambda,编译器创建匿名类,并定义相应的数据成员存储Lambda捕获的变量。没有捕获变量的Lambda不包含任何含成员变量。

一个没有任何成员变量(包括没有虚函数表指针)的类型,在空指针上调用成员函数也不会有任何的问题,因为它的成员函数不会通过this指针访问内存。

当Lambda向函数指针的转换时,编译器为Lambda的匿名类实现函数指针类型转换运算符。

上面的例子中,编译器实现operator int(*)(int, int)。

下面是Visual C++编译器为语句int(*f)(int, int) = add生成的64位汇编代码:

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

第1行,变量"add"的地址存入rcx寄存器;第2行,调用匿名类的函数指针类型转换运算符;第3行,返回结果存入变量f。

提示:在默认的成员函数调用约定__thiscall下,this指针通过rcx寄存器传递, 有关__thiscall的详细内容,请参考:https://docs.microsoft.com/en-us/cpp/cpp/thiscall

下面是类型转换运算符实现的一行关键汇编代码

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

这一行把匿名类的名为lambda_invoker_cdecl的函数地址存入用于返回结果的寄存器rax。因为只有类的静态函数可以转换成非成员函数指针,所以lambda_invoker_cdecl是静态函数。下面是此函数其中一段汇编代码:

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

第一行,rcx寄存器清0,即this指针置0;第二行,调用operator()。

综合上面的分析,得出Lambda转换成函数指针的一种可能的实现方式,参考下面的代码:

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

// 实现两个整数相加的函数对象
class add_function_object
{
public:
    // 函数调用运算符
    int operator()(int x, int y)const
    {
        return x + y;
    }
    // 函数指针类型转换运算符
    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;
}

从C++17起,没有捕获任何变量的Lambda可以用作值类型模板实参,参考下面的代码:

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;
}

以上为个人经验,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持。

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