C++11 lambda表达式原理

来源：互联网发布：网络集成平台编辑：程序博客网时间：2024/06/05 21:07

C++11之后引入了lambda表达式，经过C++之前版本洗礼的同学们相信都会深感lamda的简便和强大吧，那么lamda到底是个什么神奇物种呢，我通过一个小例子再来从细胞级别来一次分析。

分析环境：Windows + Visual Studio2013
C++版本：C++11

分析原理，用代码说话，先来一段demo代码：

void main()
{
int a = 0;
int b = 1;
auto func = [=, &b](int c){
printf("in lamda, a=%d, b=%d, c=%d\n", a, b, c);
b = 2;
};
func(2);
printf("now, b=%d\n", b);
getchar();
}

复制代码

搞一个简单的console工程，代码贴进去跑起来，在int a = 0; 这一句打上断点，程序正常断下（

这句话一出，感觉回到了xxx时代），在宇宙第一调试器中转到ASM代码界面，于是得如下代码：

push ebp
mov ebp,esp
sub esp,0E8h
push ebx
push esi
push edi
lea edi,[ebp-0E8h]
mov ecx,3Ah
mov eax,0CCCCCCCCh
rep stos dword ptr es:[edi]
mov dword ptr [a],0
mov dword ptr [b],1
lea eax,[a]
push eax
lea ecx,[b]
push ecx
lea ecx,[func]
call <lambda_b328511335c7e943aa98460a349659c7>::<lambda_b328511335c7e943aa98460a349659c7> (012513C0h)
push 2
lea ecx,[func]
call <lambda_b328511335c7e943aa98460a349659c7>::operator() (01251420h)
mov esi,esp
mov eax,dword ptr [b]
push eax
push 1255858h
call dword ptr ds:[1259110h]
add esp,8
cmp esi,esp
call __RTC_CheckEsp (01251136h)
mov esi,esp
call dword ptr ds:[1259118h]
cmp esi,esp
call __RTC_CheckEsp (01251136h)
xor eax,eax
push edx
mov ecx,ebp
push eax
lea edx,ds:[1251548h]
call @_RTC_CheckStackVars@8 (01251087h)
pop eax
pop edx
pop edi
pop esi
pop ebx
add esp,0E8h
cmp ebp,esp
call __RTC_CheckEsp (01251136h)
mov esp,ebp
pop ebp
ret

复制代码

快速定位代码，红色、绿色、橙色我们关心的核心代码，其他部分，最上面一部分是函数堆栈防移除保护代码，直接忽略，最下面一部分是printf调用和堆栈防溢出cookie校验，直接忽略

红色部分，初始化 a = 0, b = 1
蓝色部分，看到最底部的Call，就是函数调用，从符号名称上可以直观判断出来这是一个类的构造函数，这个构造函数在调用之前，堆栈上压入了3个参数， a变量地址， b变量地址，还有 func变量的地址，
不知道这个是干什么的类，于是进一步进入跟踪，宇宙调试器F11进入，主要代码如下：

push ebp
mov ebp,esp
sub esp,0CCh
push ebx
push esi
push edi
push ecx
lea edi,[ebp-0CCh]
mov ecx,33h
mov eax,0CCCCCCCCh
rep stos dword ptr es:[edi]
pop ecx
mov dword ptr [this],ecx
mov eax,dword ptr [this]
mov ecx,dword ptr [__b]
mov dword ptr [eax],ecx
mov eax,dword ptr [this]
mov ecx,dword ptr [__a]
mov edx,dword ptr [ecx]
mov dword ptr [eax+4],edx
mov eax,dword ptr [this]
pop edi
pop esi
pop ebx
mov esp,ebp
pop ebp
ret 8

复制代码

继续快速定位核心代码，其实这段代码Visual Studio经过了符号化，看起来已经是比较坑了，不容易直观感受对象的内存布局，来一段去符号化的代码：

MOV DWORD PTR SS:[EBP-8],ECX

复制代码

这下内存布局操作就很直观了，第一段，直接就是把 ECX 值给内部的一个变量保存起来，感觉上没有啥用处，后面再评价这个操作，

接着第二段，
第一句， EAX = [EBP-8], 标准栈帧操作，取上一个本地变量的值，也就是 ECX,  此时 EAX = ECX, 而ECX从前面代码分析可知， ECX正是func变量的地址，也就是 EAX = &func
第二句，ECX = [EBP+8], 标准的栈帧操作，取第一个参数，从前面的分析可以知道，这个EBP+8 取的就是 b变量的地址，也就是  ECX = &b
第三句，直接给你一个赋值操作，让 *(DWORD *)&func = &b
到这一段结束，可以的到一个小的对象布局了，

接着第三段，
第一句， EAX = [EBP-8], 还是进行 EAX = &func 操作
第二句， ECX = &a, 把上层的a变量地址拿到，保存到ECX
第三句，EDX = [ECX], 翻译一下就是  EDX = *(DWORD *)&a,  这个动作就是读取a变量的值，也就是  EDX = 0
第四句，又是直接一个赋值操作，让 *(DWORD *)((char *)&func + 4) = EDX
这一段结束，构造函数基本就走完了，这个时候内存布局也构造完毕了，这个时候的内存布局是：

到这里再观察  我们前面遗留的评价问题，其实就是 ECX 后面要复用了，得把里面的东西保存起来编译恢复，没有什么稀奇的。

所以，Visual Studio给我们编译合成的代码就可以翻译一波了，

<lambda_b328511335c7e943aa98460a349659c7>::<lambda_b328511335c7e943aa98460a349659c7>
:m_var_a(a), m_var_b(&b)
{
}

复制代码

然后继续回到main函数的执行流程，这回就是开始调用 lamda函数体了，

push 2
lea ecx,[func]
call <lambda_b328511335c7e943aa98460a349659c7>::operator() (01251420h)

复制代码

进入 <lambda_b328511335c7e943aa98460a349659c7>::operator() 这个函数调用，

push edi
push ecx
lea edi,[ebp-0CCh]
mov ecx,33h
mov eax,0CCCCCCCCh
rep stos dword ptr es:[edi]
pop ecx
mov dword ptr [this],ecx
mov esi,esp
mov eax,dword ptr [c]
push eax
mov ecx,dword ptr [this]
mov edx,dword ptr [ecx]
mov eax,dword ptr [edx]
push eax
mov ecx,dword ptr [this]
mov edx,dword ptr [ecx+4]
push edx
push 12559E4h
call dword ptr ds:[1259110h] -------------------->printf("in lamda, a=%d, b=%d, c=%d\n", a, b, c);
add esp,10h
cmp esi,esp
call __RTC_CheckEsp (01251136h)
mov eax,dword ptr [this]
mov ecx,dword ptr [eax]
mov dword ptr [ecx],2 -------------------->b = 2
pop edi
pop esi
pop ebx
add esp,0CCh
cmp ebp,esp
call __RTC_CheckEsp (01251136h)
mov esp,ebp
pop ebp
ret 4

复制代码

代码不一行行翻译了，见上面的注释，到这里整个流程就分析清楚了，

分析结论：整个lamda表达式，编译的时候，
1. 编译器给你自动生成一个形如 <lambda_b328511335c7e943aa98460a349659c7> 的类
2. 然后把捕获列表中的参数，都按照你的要求（值捕获，引用捕获）包装到这个类的成员里面
3. 编译器生成一个 operator() 重载函数，最后你对lamda的调用就是对函数对象的调用了，捕获的参数早给你准备好了

从最细微处观察了 lamda 的编译器实现，以后捕获列表里面的东西该怎么搞心里就很清楚啦，也少了纠结

错误之处，欢迎指正哈！

阅读全文

0 0

C++11 lambda表达式 原理

C++11 lambda表达式原理