C++ lambda 表达式中的内存管理策略

lambda 表达式中，引用捕获使外部变量保持有效；值捕获则复制外部变量副本，与外部变量生命周期无关。例如，引用捕获 lambda 延迟计算一个变量的和，即使列表调用已更改，lambda 仍会使用原始变量；值捕获 lambda 确保线程安全，每个并发线程获得不同副本。

Lambda 表达式是在运行时创建的匿名函数对象，提供了简洁且通用的方法来创建可在线内调用的闭包。然而，lambda 表达式在内存管理方面的行为可能与传统函数有所不同，理解其底层策略至关重要。

lambda 表达式通过 [&] 或 [=] 指定捕获列表，该列表定义了 lambda 表达式可以访问的外部变量。捕获变量的类型决定了 lambda 表达式的内存管理策略。

引用捕获 (使用 [&])：

• lambda 表达式引用外部变量。
• 当 lambda 表达式被销毁时，外部变量不会被销毁，并且其生存期独立于 lambda 表达式。

int x = 10;
auto lambda = [&](int y) { return x + y; };

在这种情况下，lambda 捕获 x 的引用，因此即使 lambda 被销毁，x 仍将保持有效状态且值为 10。

值捕获 (使用 [=])：

• lambda 表达式复制外部变量的值。
• 当 lambda 表达式被销毁时，复制的值也会被销毁，并且与外部变量的生命周期无关。

int x = 10;
auto lambda = [=](int y) { return x + y; };
x = 20;

在这种情况下，lambda 捕获 x 的值，因此当 lambda 被销毁时，x 的值仍为 10，即使 x 的外部值已更改。

使用引用捕获创建闭包

考虑以下场景，我们需要一个函数来计算给定数字列表的和，但每次调用时列表都可能不同。我们可以使用引用捕获的 lambda 表达式创建闭包：

int main() {
  std::vector<int> list1 = {1, 2, 3};
  std::vector<int> list2 = {4, 5, 6};

  // 闭包使用引用捕获来共享 sum 变量
  auto sum_lambda = [&](const std::vector<int>& list) {
    int sum = 0;
    for (int num : list) sum += num;
    return sum;
  };

  std::cout << sum_lambda(list1) << "\n";  // 输出：6
  std::cout << sum_lambda(list2) << "\n";  // 输出：15
}

值捕获实现线程安全

lambda 表达式中的值捕获可以确保线程安全。考虑以下场景，我们在并发线程中并行执行任务：

std::vector<std::future<int>> results;

for (int i = 0; i < num_tasks; ++i) {
  results.push_back(std::async(std::launch::async, [=]() {
    return i * i;
  }));
}

// 等待所有任务完成
for (auto& result : results) result.get();

在上面示例中，lambda 表达式使用值捕获来捕捉 i 的值。这确保了并发线程中每个任务接收 i 的不同副本，从而消除了数据竞争问题。

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