掌握C++回调：按值捕获、按引用捕获与弱引用

在C++回调中，当使用Lambda表达式捕获外部变量时，有两种捕获方式：按值捕获和按引用捕获。

一、按值捕获

1.1 原理

按值捕获是将外部变量的值复制到Lambda表达式的闭包中。这样，当Lambda表达式执行时，它将使用这个复制的值，而不是原始变量的值。这种方式可以避免在回调执行时，原始变量已经失效的问题。

在给定的代码中，ph.then([&, st_or_code, prom_ptr](bool ret) { ... }) 使用了按值捕获。这意味着st_or_code和prom_ptr的值将在Lambda表达式创建时被复制，并在回调执行时使用这些复制的值。这样，即使原始的st_or_code变量在栈上失效，回调中仍然可以安全地使用其复制的值。

1.2 案例

错误的写法：

void foo() {int x = 10;std::thread t([&]() {std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));std::cout << x << std::endl;  // Undefined behavior!});t.detach();
}

在上述代码中，我们创建了一个线程，并在该线程中访问了局部变量x。然而，因为我们使用了按引用捕获，当新线程开始执行时，局部变量x可能已经离开了作用域并被销毁，这将导致未定义的行为。

正确的写法：

void foo() {int x = 10;std::thread t([x]() {  // 按值捕获std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));std::cout << x << std::endl;  // 安全});t.detach();
}

在修正的代码中，我们使用按值捕获，这样即使原始变量x离开了作用域，线程中仍然可以安全地访问它的副本。

二、按引用捕获

2.1 原理

按引用捕获是将外部变量的引用存储在Lambda表达式的闭包中。这样，当Lambda表达式执行时，它将直接访问原始变量。这种方式在某些情况下可能导致问题，例如，当回调执行时，原始变量已经失效（例如，原始变量是栈上的局部变量，而回调在该变量离开作用域后执行）。

在给定的代码中，[&] 表示按引用捕获所有外部变量。这在某些情况下可能不安全，因此需要注意确保捕获的变量在回调执行时仍然有效。

2.2 案例

错误的写法：

void foo(std::vector<int>& v) {std::thread t([&]() {std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));v.push_back(10);  // Undefined behavior if `v` is destroyed!});t.detach();
}

在上述代码中，我们创建了一个线程，并在该线程中修改了向量v。然而，因为我们使用了按引用捕获，当新线程开始执行时，向量v可能已经被销毁，这将导致未定义的行为。

正确的写法：

void foo(std::vector<int>& v) {std::thread t([&v]() {  // 按引用捕获std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));v.push_back(10);  // 安全，只要确保 `v` 在此期间不会被销毁});t.join();  // 等待线程完成，确保 `v` 不会被提前销毁
}

在修正的代码中，我们在新线程执行期间，通过调用join()方法阻塞主线程，确保向量v不会被提前销毁。

三、弱引用

3.1 原理

弱引用（Weak Reference）是一种特殊的引用类型，它不会阻止其所引用的对象被垃圾回收。这在处理回调和长时间运行的任务时非常有用，因为它可以避免因为回调导致的潜在内存泄漏。

在给定的代码中，base::BindLambda(base::AsWeakPtr(this), [&] { ... }) 使用了弱引用。这里，base::AsWeakPtr(this) 将this指针转换为弱引用，并将其传递给Lambda表达式。这样，在回调执行时，如果this指针所指向的对象已经被销毁，回调将不会执行，从而避免了潜在的内存泄漏问题。

3.2 案例

错误的写法：

class Foo {
public:void start() {std::thread t([this]() {std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));this->doSomething();  // Undefined behavior if `this` is destroyed!});t.detach();}void doSomething() {std::cout << "Doing something..." << std::endl;}
};

在上述代码中，我们在新线程中访问了this指针。然而，如果新线程开始执行时，this指针所指向的对象已经被销毁，这将导致未定义的行为。

正确的写法：

class Foo : public std::enable_shared_from_this<Foo> {
public:void start() {std::thread t([weak_this = std::weak_ptr<Foo>(shared_from_this())]() {if (auto shared_this = weak_this.lock()) {shared_this->doSomething();  // 安全，只要 `this` 没有被销毁}});t.detach();}void doSomething() {std::cout << "Doing something..." << std::endl;}
};

在修正的代码中，我们使用了弱引用来捕获this指针。这样，即使原始对象被销毁，新线程中也不会访问到无效的this指针。

四、总结

在C++回调中，我们需要根据具体情况选择合适的捕获方式（按值捕获、按引用捕获或弱引用）。在处理回调和长时间运行的任务时，为了避免内存泄漏和访问无效变量的问题，我们通常需要使用按值捕获和弱引用。

最后我们总结一下本文：