ラムダでのキャプチャの移動

Question

C++ 11ラムダで移動（右辺値参照とも呼ばれます）によってキャプチャするにはどうすればよいですか？

私はこのようなものを書こうとしています：

std::unique_ptr<int> myPointer(new int);

std::function<void(void)> example = [std::move(myPointer)]{
   *myPointer = 4;
};

Answer 1

C++ 14の一般化されたラムダキャプチャ

C++ 14では、いわゆる generalized lambda capture があります。これにより、ムーブキャプチャが有効になります。以下は、C++ 14の有効なコードです。

using namespace std;

// a unique_ptr is move-only
auto u = make_unique<some_type>( some, parameters );  

// move the unique_ptr into the lambda
go.run( [ u{move(u)} ] { do_something_with( u ); } ); 

しかし、キャプチャされた変数は次のようなもので初期化できるという意味で、はるかに一般的です。

auto lambda = [value = 0] mutable { return ++value; };

C++ 11では、これはまだ不可能ですが、ヘルパー型が関与するいくつかのトリックがあります。幸いなことに、Clang 3.4コンパイラはすでにこのすばらしい機能を実装しています。 最新のリリースペース が維持される場合、コンパイラは2013年12月または2014年1月にリリースされます。

UPDATE：Clang 3.4コンパイラ は、上記の機能とともに2014年1月6日にリリースされました。

ムーブキャプチャの回避策

これは、人為的な移動キャプチャを支援するヘルパー関数make_rrefの実装です。

#include <cassert>
#include <memory>
#include <utility>

template <typename T>
struct rref_impl
{
    rref_impl() = delete;
    rref_impl( T && x ) : x{std::move(x)} {}
    rref_impl( rref_impl & other )
        : x{std::move(other.x)}, isCopied{true}
    {
        assert( other.isCopied == false );
    }
    rref_impl( rref_impl && other )
        : x{std::move(other.x)}, isCopied{std::move(other.isCopied)}
    {
    }
    rref_impl & operator=( rref_impl other ) = delete;
    T && move()
    {
        return std::move(x);
    }

private:
    T x;
    bool isCopied = false;
};

template<typename T> rref_impl<T> make_rref( T && x )
{
    return rref_impl<T>{ std::move(x) };
}

そして、gcc 4.7.3で正常に実行されたその関数のテストケースを次に示します。

int main()
{
    std::unique_ptr<int> p{new int(0)};
    auto rref = make_rref( std::move(p) );
    auto lambda =
        [rref]() mutable -> std::unique_ptr<int> { return rref.move(); };
    assert(  lambda() );
    assert( !lambda() );
}

ここでの欠点は、lambdaがコピー可能であり、rref_implのコピーコンストラクターでアサーションをコピーすると、ランタイムバグが発生することです。コンパイラはエラーをキャッチするため、次の方がより適切で一般的なソリューションになる可能性があります。

C++ 11での一般化されたラムダキャプチャのエミュレート

一般化されたラムダキャプチャを実装する方法に関するもう1つのアイデアがあります。関数capture()（実装はさらに下にあります）の使用は次のとおりです。

#include <cassert>
#include <memory>

int main()
{
    std::unique_ptr<int> p{new int(0)};
    auto lambda = capture( std::move(p),
        []( std::unique_ptr<int> & p ) { return std::move(p); } );
    assert(  lambda() );
    assert( !lambda() );
}

ここでlambdaは、std::move(p)に渡されるときにcapture()をキャプチャしたファンクタオブジェクト（ほぼ実際のラムダ）です。 captureの2番目の引数は、キャプチャされた変数を引数として取るラムダです。 lambdaが関数オブジェクトとして使用される場合、それに渡されるすべての引数は、キャプチャされた変数の後に引数として内部ラムダに転送されます。 （この場合、転送される引数はありません）。基本的に、以前のソリューションと同じことが起こります。 captureの実装方法は次のとおりです。

#include <utility>

template <typename T, typename F>
class capture_impl
{
    T x;
    F f;
public:
    capture_impl( T && x, F && f )
        : x{std::forward<T>(x)}, f{std::forward<F>(f)}
    {}

    template <typename ...Ts> auto operator()( Ts&&...args )
        -> decltype(f( x, std::forward<Ts>(args)... ))
    {
        return f( x, std::forward<Ts>(args)... );
    }

    template <typename ...Ts> auto operator()( Ts&&...args ) const
        -> decltype(f( x, std::forward<Ts>(args)... ))
    {
        return f( x, std::forward<Ts>(args)... );
    }
};

template <typename T, typename F>
capture_impl<T,F> capture( T && x, F && f )
{
    return capture_impl<T,F>(
        std::forward<T>(x), std::forward<F>(f) );
}

この2番目のソリューションは、キャプチャされた型がコピー可能でない場合、ラムダのコピーを無効にするため、よりクリーンです。最初のソリューションでは、assert()を使用して実行時にのみチェックできます。

Answer 2

std::bindを使用してunique_ptrをキャプチャすることもできます。

std::function<void()> f = std::bind(
                              [] (std::unique_ptr<int>& p) { *p=4; },
                              std::move(myPointer)
                          );

Answer 3

次のように std::bind を使用して、必要なもののほとんどを達成できます。

std::unique_ptr<int> myPointer(new int{42});

auto lambda = std::bind([](std::unique_ptr<int>& myPointerArg){
    *myPointerArg = 4;
     myPointerArg.reset(new int{237});
}, std::move(myPointer));

ここでのコツは、キャプチャリストで移動専用オブジェクトをキャプチャする代わりに、引数にしてから std::bind を使用して部分的なアプリケーションを使用することです。ラムダは実際にバインドオブジェクトに格納されるため、by referenceを取ることに注意してください。また、実際の可動オブジェクトにwritesというコードを追加しました。これは、あなたがやりたいことがあるからです。

C++ 14では、一般化されたラムダキャプチャを使用して、次のコードで同じ目的を達成できます。

std::unique_ptr<int> myPointer(new int{42});

auto lambda = [myPointerCapture = std::move(myPointer)]() mutable {
    *myPointerCapture = 56;
    myPointerCapture.reset(new int{237});
};

ただし、このコードでは、C++ 11にないものは std::bind で購入できません。 （一般化されたラムダキャプチャがより強力な場合もありますが、この場合はそうではありません。）

現在、問題は1つだけです。この関数を std::function に配置したかったが、そのクラスでは、関数が CopyConstructible である必要があるが、そうではなく、ただ MoveConstructibleCopyConstructible ではないstd::unique_ptrを格納しているためです。

ラッパークラスと別のレベルのインダイレクションに関する問題を回避する必要がありますが、おそらく std::function はまったく必要ありません。ニーズに応じて、 std::packaged_task を使用できる場合があります。 std::function と同じ仕事をしますが、関数をコピー可能にする必要はなく、移動のみ可能です（同様に、 std::packaged_task は移動のみ可能です）。欠点は、std :: futureと組み合わせて使用​​することを意図しているため、一度しか呼び出せないことです。

これらの概念をすべて示す短いプログラムを次に示します。

#include <functional>   // for std::bind
#include <memory>       // for std::unique_ptr
#include <utility>      // for std::move
#include <future>       // for std::packaged_task
#include <iostream>     // printing
#include <type_traits>  // for std::result_of
#include <cstddef>

void showPtr(const char* name, const std::unique_ptr<size_t>& ptr)
{
    std::cout << "- &" << name << " = " << &ptr << ", " << name << ".get() = "
              << ptr.get();
    if (ptr)
        std::cout << ", *" << name << " = " << *ptr;
    std::cout << std::endl;
}

// If you must use std::function, but your function is MoveConstructable
// but not CopyConstructable, you can wrap it in a shared pointer.
template <typename F>
class shared_function : public std::shared_ptr<F> {
public:
    using std::shared_ptr<F>::shared_ptr;

    template <typename ...Args>
    auto operator()(Args&&...args) const
        -> typename std::result_of<F(Args...)>::type
    {
        return (*(this->get()))(std::forward<Args>(args)...);
    }
};

template <typename F>
shared_function<F> make_shared_fn(F&& f)
{
    return shared_function<F>{
        new typename std::remove_reference<F>::type{std::forward<F>(f)}};
}


int main()
{
    std::unique_ptr<size_t> myPointer(new size_t{42});
    showPtr("myPointer", myPointer);
    std::cout << "Creating lambda\n";

#if __cplusplus == 201103L // C++ 11

    // Use std::bind
    auto lambda = std::bind([](std::unique_ptr<size_t>& myPointerArg){
        showPtr("myPointerArg", myPointerArg);  
        *myPointerArg *= 56;                    // Reads our movable thing
        showPtr("myPointerArg", myPointerArg);
        myPointerArg.reset(new size_t{*myPointerArg * 237}); // Writes it
        showPtr("myPointerArg", myPointerArg);
    }, std::move(myPointer));

#Elif __cplusplus > 201103L // C++14

    // Use generalized capture
    auto lambda = [myPointerCapture = std::move(myPointer)]() mutable {
        showPtr("myPointerCapture", myPointerCapture);
        *myPointerCapture *= 56;
        showPtr("myPointerCapture", myPointerCapture);
        myPointerCapture.reset(new size_t{*myPointerCapture * 237});
        showPtr("myPointerCapture", myPointerCapture);
    };

#else
    #error We need C++11
#endif

    showPtr("myPointer", myPointer);
    std::cout << "#1: lambda()\n";
    lambda();
    std::cout << "#2: lambda()\n";
    lambda();
    std::cout << "#3: lambda()\n";
    lambda();

#if ONLY_NEED_TO_CALL_ONCE
    // In some situations, std::packaged_task is an alternative to
    // std::function, e.g., if you only plan to call it once.  Otherwise
    // you need to write your own wrapper to handle move-only function.
    std::cout << "Moving to std::packaged_task\n";
    std::packaged_task<void()> f{std::move(lambda)};
    std::cout << "#4: f()\n";
    f();
#else
    // Otherwise, we need to turn our move-only function into one that can
    // be copied freely.  There is no guarantee that it'll only be copied
    // once, so we resort to using a shared pointer.
    std::cout << "Moving to std::function\n";
    std::function<void()> f{make_shared_fn(std::move(lambda))};
    std::cout << "#4: f()\n";
    f();
    std::cout << "#5: f()\n";
    f();
    std::cout << "#6: f()\n";
    f();
#endif
}

上記のプログラム Colir を追加したので、コードを実行して遊ぶことができます。

ここにいくつかの典型的な出力があります...

- &myPointer = 0xbfffe5c0, myPointer.get() = 0x7ae3cfd0, *myPointer = 42
Creating lambda
- &myPointer = 0xbfffe5c0, myPointer.get() = 0x0
#1: lambda()
- &myPointerArg = 0xbfffe5b4, myPointerArg.get() = 0x7ae3cfd0, *myPointerArg = 42
- &myPointerArg = 0xbfffe5b4, myPointerArg.get() = 0x7ae3cfd0, *myPointerArg = 2352
- &myPointerArg = 0xbfffe5b4, myPointerArg.get() = 0x7ae3cfe0, *myPointerArg = 557424
#2: lambda()
- &myPointerArg = 0xbfffe5b4, myPointerArg.get() = 0x7ae3cfe0, *myPointerArg = 557424
- &myPointerArg = 0xbfffe5b4, myPointerArg.get() = 0x7ae3cfe0, *myPointerArg = 31215744
- &myPointerArg = 0xbfffe5b4, myPointerArg.get() = 0x7ae3cfd0, *myPointerArg = 3103164032
#3: lambda()
- &myPointerArg = 0xbfffe5b4, myPointerArg.get() = 0x7ae3cfd0, *myPointerArg = 3103164032
- &myPointerArg = 0xbfffe5b4, myPointerArg.get() = 0x7ae3cfd0, *myPointerArg = 1978493952
- &myPointerArg = 0xbfffe5b4, myPointerArg.get() = 0x7ae3cfe0, *myPointerArg = 751631360
Moving to std::function
#4: f()
- &myPointerArg = 0x7ae3cfd4, myPointerArg.get() = 0x7ae3cfe0, *myPointerArg = 751631360
- &myPointerArg = 0x7ae3cfd4, myPointerArg.get() = 0x7ae3cfe0, *myPointerArg = 3436650496
- &myPointerArg = 0x7ae3cfd4, myPointerArg.get() = 0x7ae3d000, *myPointerArg = 2737348608
#5: f()
- &myPointerArg = 0x7ae3cfd4, myPointerArg.get() = 0x7ae3d000, *myPointerArg = 2737348608
- &myPointerArg = 0x7ae3cfd4, myPointerArg.get() = 0x7ae3d000, *myPointerArg = 2967666688
- &myPointerArg = 0x7ae3cfd4, myPointerArg.get() = 0x7ae3cfe0, *myPointerArg = 3257335808
#6: f()
- &myPointerArg = 0x7ae3cfd4, myPointerArg.get() = 0x7ae3cfe0, *myPointerArg = 3257335808
- &myPointerArg = 0x7ae3cfd4, myPointerArg.get() = 0x7ae3cfe0, *myPointerArg = 2022178816
- &myPointerArg = 0x7ae3cfd4, myPointerArg.get() = 0x7ae3d000, *myPointerArg = 2515009536

ヒープの場所が再利用され、std::unique_ptrが適切に機能していることがわかります。また、std::functionにフィードするラッパーに関数を格納すると、関数自体が動き回ります。

std::packaged_taskの使用に切り替えると、最後の部分は

Moving to std::packaged_task
#4: f()
- &myPointerArg = 0xbfffe590, myPointerArg.get() = 0x7ae3cfe0, *myPointerArg = 751631360
- &myPointerArg = 0xbfffe590, myPointerArg.get() = 0x7ae3cfe0, *myPointerArg = 3436650496
- &myPointerArg = 0xbfffe590, myPointerArg.get() = 0x7ae3d000, *myPointerArg = 2737348608

関数が移動されたことがわかりますが、ヒープに移動するのではなく、スタックにあるstd::packaged_task内にあります。

お役に立てれば！

Answer 4

遅いですが、一部の人々（私を含む）がまだc ++ 11で立ち往生しています：

正直に言うと、私は投稿されたソリューションがどれも好きではありません。きっと動作するはずですが、多くの追加のものや暗号化されたstd::bind構文を必要とします...そして、とにかくリファクタリングされるような一時的なソリューションのために努力する価値はないと思いますc ++> = 14にアップグレードするときは、c ++ 11のムーブキャプチャを完全に回避することが最善の解決策だと思います。

通常、最も簡単で読みやすい解決策は、std::shared_ptrを使用することです。これはコピー可能であるため、移動は完全に回避できます。欠点は、効率が少し劣ることですが、多くの場合、効率はそれほど重要ではありません。

// myPointer could be a parameter or something
std::unique_ptr<int> myPointer(new int);

// convert/move the unique ptr into a shared ptr
std::shared_ptr<int> mySharedPointer( std::move(myPointer) );

std::function<void(void)> = [mySharedPointer](){
   *mySharedPointer = 4;
};

// at end of scope the original mySharedPointer is destroyed,
// but the copy still lives in the lambda capture.

。

非常にまれなケースが発生した場合、ポインターをmoveにすることは本当に必須です（たとえば、削除期間が長いために別のスレッドでポインターを明示的に削除するか、パフォーマンスが絶対に重要です）、それがほとんど唯一ですc ++ 11で未加工のポインターをまだ使用する場合。もちろん、これらもコピー可能です。

通常、これらのまれなケースには//FIXME:のマークを付けて、c ++ 14へのアップグレード後にリファクタリングされるようにします。

// myPointer could be a parameter or something
std::unique_ptr<int> myPointer(new int);

//FIXME:c++11 upgrade to new move capture on c++>=14

// "move" the pointer into a raw pointer
int* myRawPointer = myPointer.release();

// capture the raw pointer as a copy.
std::function<void(void)> = [myRawPointer](){
   *myRawPointer = 4;
   // ...
   delete myRawPointer;
};

// ensure that the pointer's value is not accessible anymore after capturing
myRawPointer = nullptr;

はい、未加工のポインターは最近非常に眉をひそめています（そして理由がないわけではありません）が、これらのまれな（そして一時的な！）場合に彼らは最高の解決策だと本当に思います。

Answer 5

私はこれらの答えを見ていましたが、バインドを読んで理解するのが難しいことがわかりました。それで、私がやったのは、代わりにコピーで動くクラスを作ることでした。このように、それはそれがしていることを明示しています。

#include <iostream>
#include <memory>
#include <utility>
#include <type_traits>
#include <functional>

namespace detail
{
    enum selection_enabler { enabled };
}

#define ENABLE_IF(...) std::enable_if_t<(__VA_ARGS__), ::detail::selection_enabler> \
                          = ::detail::enabled

// This allows forwarding an object using the copy constructor
template <typename T>
struct move_with_copy_ctor
{
    // forwarding constructor
    template <typename T2
        // Disable constructor for it's own type, since it would
        // conflict with the copy constructor.
        , ENABLE_IF(
            !std::is_same<std::remove_reference_t<T2>, move_with_copy_ctor>::value
        )
    >
    move_with_copy_ctor(T2&& object)
        : wrapped_object(std::forward<T2>(object))
    {
    }

    // move object to wrapped_object
    move_with_copy_ctor(T&& object)
        : wrapped_object(std::move(object))
    {
    }

    // Copy constructor being used as move constructor.
    move_with_copy_ctor(move_with_copy_ctor const& object)
    {
        std::swap(wrapped_object, const_cast<move_with_copy_ctor&>(object).wrapped_object);
    }

    // access to wrapped object
    T& operator()() { return wrapped_object; }

private:
    T wrapped_object;
};


template <typename T>
move_with_copy_ctor<T> make_movable(T&& object)
{
    return{ std::forward<T>(object) };
}

auto fn1()
{
    std::unique_ptr<int, std::function<void(int*)>> x(new int(1)
                           , [](int * x)
                           {
                               std::cout << "Destroying " << x << std::endl;
                               delete x;
                           });
    return [y = make_movable(std::move(x))]() mutable {
        std::cout << "value: " << *y() << std::endl;
        return;
    };
}

int main()
{
    {
        auto x = fn1();
        x();
        std::cout << "object still not deleted\n";
        x();
    }
    std::cout << "object was deleted\n";
}

move_with_copy_ctorクラスとそのヘルパー関数make_movable()は、移動可能であるがコピーできないオブジェクトで動作します。ラップされたオブジェクトにアクセスするには、operator()()を使用します。

期待される出力：

値：1 
オブジェクトはまだ削除されていません
値：1 
破壊000000DFDD172280 
オブジェクトが削除されました

まあ、ポインタのアドレスは異なる場合があります。 ;）

Demo

Answer 6

これはgcc4.8で動作するようです

#include <memory>
#include <iostream>

struct Foo {};

void bar(std::unique_ptr<Foo> p) {
    std::cout << "bar\n";
}

int main() {
    std::unique_ptr<Foo> p(new Foo);
    auto f = [ptr = std::move(p)]() mutable {
        bar(std::move(ptr));
    };
    f();
    return 0;
}