Lambda 的 "this" 捕获 returns 垃圾

Question

我正在实现我自己的 class，它提供了其成员的惰性初始化。而且我遇到了在 lambda 中捕获 this 的奇怪行为。

这是一个重现此错误的示例。

//Baz.h
#include <memory>
#include <functional>
#include "Lazy.hpp"

struct Foo
{
    std::string str;

    Foo() = default;
    Foo(std::string str) : str(str) {}
    Foo(Foo&& that) : str(that.str) {  }
};

class Baz
{
    std::string str;

    Lazy<std::unique_ptr<Foo>> foo;

public:
    Baz() = default;
    Baz(const std::string& str) : str(str)
    {
        //lazy 'this->foo' initialization. 
        //Is capturing of 'this' valid inside ctors???.
        this->foo = { [this] { return buildFoo(); } };
    }
    Baz(Baz&& that) : foo(std::move(that.foo)), str(that.str) { }

    std::string getStr() const
    {
        return this->foo.get()->str;
    }

private:
    std::unique_ptr<Foo> buildFoo()
    {
        //looks like 'this' points to nothing here.
        return std::make_unique<Foo>(str); //got error on this line
    }
};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    ///Variant 1 (lazy Foo inside regular Baz):
    Baz baz1("123");
    auto str1 = baz1.getStr();

    ///Variant 2 (lazy Foo inside lazy Baz):
    Lazy<Baz> lazy_baz = { [](){ return Baz("123"); } };
    auto& baz2 = lazy_baz.get(); //get() method returns 'inst' member (and initialize it if it's not initialized) see below
    auto str2 = baz2.getStr();

    return 0;
}

变体 1 效果很好。

变体 2 崩溃并出现此错误：

Unhandled exception at 0x642DF4CB (msvcr120.dll) in lambda_this_capture_test.exe: 0xC0000005: Access violation reading location 0x00E0FFFC.

我正在使用 vc++120 编译器（来自 VS2013）。

这是我的简化版 Lazy class:

#pragma once
#include <memory>
#include <atomic>
#include <mutex>
#include <functional>
#include <limits>

template<
    class T,
        typename = std::enable_if_t<
        std::is_move_constructible<T>::value &&
        std::is_default_constructible<T>::value
        >
>
class Lazy
{
    mutable std::unique_ptr<T> inst;
    std::function<T(void)> func;
    mutable std::atomic_bool initialized;
    mutable std::unique_ptr<std::mutex> mutex;

public:
    Lazy()
        : mutex(std::make_unique<std::mutex>())
        , func([]{ return T(); })
    {
        this->initialized.store(false);
    }

    Lazy(std::function<T(void)> func)
        : func(std::move(func))
        , mutex(std::make_unique<std::mutex>())
    {
        this->initialized.store(false);
    }
//... <move ctor + move operator>
    T& get() const
    {
        if (!initialized.load())
        {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(*mutex);

            if (!initialized.load())
            {
                inst = std::make_unique<T>(func());
                initialized.store(true);
            }
        }

        return *inst;
    }
};

所以我的问题是：为什么这个例子会崩溃？在构造函数中捕获 this 是否有效？

Answer 1

一般来说，在构造函数中捕获this是有效的。但是这样做时，您必须确保 lambda 不会比它捕获的 this 对象的寿命更长。否则，捕获的 this 将成为悬空指针。

这正是您的情况。捕获 this 的 Baz 是在 main 作用域的 lambda（由 [=16= 创建的）内部构建的临时构造。然后，当创建 Baz在 Lazy<Baz> 中，std::function 从那个临时的 Baz 移动到 Lazy<Baz>::inst 指向的 Baz， 但是捕获的 this 在移动的 lambda 内部仍然指向原始的临时 Baz 对象。 该对象然后超出范围并且 wham，你有一个悬空指针.

下面 Donghui Zhang 的评论（使用 enable_shared_from_this 并在 this 之外捕获 shared_ptr）为您的问题提供了一个潜在的解决方案。您的 Lazy<T> class 将 T 个实例存储为 std::unique_ptr<T> 拥有。如果将仿函数签名更改为 std::function<std::unique_ptr<T>()>，您将摆脱这个问题，因为惰性初始化程序创建的对象将与存储在 Lazy 中的对象相同，因此捕获的 this 不会提前过期。

Answer 2

问题是捕获的 this 是一个特定的对象。您在不更改捕获的 this 的情况下复制 lambda。 this 然后悬空，您的代码中断。

你可以使用智能指针来管理它；但您可能想对其进行变基。

我会修改Lazy。 Lazy 需要 source 以及 T.

我会给它一个签名。

template<
  class Sig, class=void
>
class Lazy;

template<
  class T,
  class...Sources
>
class Lazy<
  T(Sources...),
  std::enable_if_t<
    std::is_move_constructible<T>::value &&
    std::is_default_constructible<T>::value
  >
>
{
  std::function<T(Sources...)> func;
  // ...
  Lazy(std::function<T(Sources...)> func)
  // ...
  T& get(Sources...srcs) const {
  // ...
            inst = std::make_unique<T>(func(std::forward<Sources>(srcs)...));
  // ...

现在Baz有一个

Lazy<std::unique_ptr<Foo>(Baz const*)> foo;

调整了 ctor 和 getStr:

Baz(const std::string& str) : str(str)
{
    this->foo = { [](Baz const* baz) { return baz->buildFoo(); } };
}

std::string getStr() const
{
    return this->foo.get(this)->str;
}

并且在 main 中我们声明我们的 Baz 来自无源数据：

Lazy<Baz()> lazy_baz = { []{ return Baz("123"); } };

Lambda 的 "this" 捕获 returns 垃圾

Lambda's "this" capture returns garbage

c++

lambda

visual-c++

lazy-initialization

c++11