Emcpp item31

ITEM 31. AVOID DEFAULT
CAPTURE MODES.
MITSUTAKA TAKEDA
MITSUTAKA.TAKEDA@GMAIL.COM

TABLE OF CONTENTS
自己紹介
Chapter 6. Lambda Expressions
Item 31: Avoid default capture modes
default by-reference capture
default by-value capture
Review
おまけ

自己紹介
C++プログラマ@株式会社Skeed
ネットワーク系のライブラリ開発(C++11)

LAMBDA
No new expressive power, but a game changer.
関数オブジェクト(ファンクタ*1)をインラインで定義できる。
*1 関数型プログラミング界隈から怒られるのでファンクタと呼ぶ
のはやめましょう

用途
std::unique_ptr、 std::shared_ptr のデリータ
STL algorithms
コール・バックの定義
API変更

用語
lambda expression: ソース・コード中に記載されている式。
image from
closure class & object: lambda expressionから生成される無
http://www.nullptr.me/2011/10/12/c11-
lambda-having-fun-with-brackets/

名関数オブジェクト・クラスとそのインスタンス。
CAPTURE MODE
default explicit
by-value [=] [var]
by-reference [&] [&var]
void f() {
int x = 0, y = 0;
auto default_by_value = [=] {/* xとyのコピーをキャプチャ */};
auto default_by_reference = [&] {/* xとyへの参照をキャプチャ */};
auto explict_by_value = [x] {/* xのコピーをキャプチャ */};
auto explict_by_reference = [&x]{/* xへの参照をキャプチャ */};
}

ITEM 31: AVOID DEFAULT CAPTURE MODES
2 default capture modes.
by-reference
by-value
どちらのdefault capture modeも、キャプチャしたオブジェクトが
ダングリング参照になる可能性があるので使用しないほうが良
い。

DEFAULT BY-REFERENCE CAPTURE
using FilterContainer = std::vector<std::function<bool(int)> >;
FilterContainer filters;
int computeSomveValue1() { return 42; }
int computeSomveValue2() { return 7; }
int computeDivisor(int x, int y) { return 7; }
void addDivisorFilter() {
auto calc1 = computeSomveValue1();
auto divisor = computeDivisor(calc1, calc2); // ローカル変数。
filters.emplace_back(
[&] // default by-reference capture。
(int value){ // divisor↓はローカル変数divisor↑への参照。
return (value % divisor) == 0; }
);
// addDivisorFilterが終了するとローカル変数divisorは消滅。
// キャプチャしているdivisorはダングリング参照。
}
int main() {
addDivisorFilter();
for(auto& f : filters) { // fを使用すると未定義動作。
}
}

EXPLICIT BY-REFERENCE CAPTURE
明示的にキャプチャしてもダングリング参照は回避できない。
明示的にキャプチャすることでキャプチャされている変数
(divisor)の寿命に注意できるのでbetter。 closureの寿命よりキ
ャプチャされているオブジェクトの寿命が長くなければいけない。
[&divisor] // <- 明示的にdivisorを参照でキャプチャ。
(int value){
);
// addDivisorFilterが終了するとローカル変数divisorは消滅。
// キャプチャdivisorはダングリング参照。
}

CLOSURE FOR SHORT LIFETIME
STLアルゴリズムの引数として利用するときなど、closureの寿命
が短かい時は、 default by-reference captureは安全?
ダングリング参照は起きない。しかし、lambdaがダングリング参
照を起すコンテキスト(addDivisorFilter)にコピペされてしまう危
険性が有る。
template <typename C>
void workWithContainer(const C& container) {
auto divisor = computeDivisor(calc1, calc2);
using ContElemT = typename C::value_type;// C++14では不要。
using std::begin; using std::end;
if(std::all_of(begin(container), end(container),
[&] // default by-value captureしているがローカル変数divisorは、クロージャよ
り寿命が長いので大丈夫。
(const ContElemT& value){ // C++14 ではGeneric Lambda (const auto& value) で
書けるよ。
return (value % divisor) == 0;
})) { /*...*/ }
}

DEFAULT BY-VALUE CAPTURE
default by-reference captureはダングリング参照が問題。
default by-value captureなら問題が無い?
[=] // default by-value capture
(int value){ // divisorはローカル変数のコピーなのでダングリング参照は起きない。
);
}

PROBLEM WITH BY-VALUE CAPTURE 1
addDivisorFilterの例ではダングリング参照の問題は解消す
る。しかし、ポインタをby-value captureすると、 pointerが
closureの外から削除された場合、ダングリング参照の問題が起
きる。
int* divisor = new int(computeDivisor(calc1, calc2)); // intへのポインタ。
[=] // <- default by-value capture
(int value){ // divisorはポインタのコピー。
return (value % (*divisor)) == 0; }
);
delete divisor; // divisorが指すオブジェクトは消滅してダングリング。
}

PROBLEM WITH BY-VALUE CAPTURE 2
スマート・ポインタを使えばダングリング問題は起きない。万事
解決?
auto divisor = std::make_shared<const int>(computeDivisor(calc1, calc2)); // intへ
のshared_ptr。
[=] // <- default by-value capture
(int value){ // closureが生きているかぎり参照カウントは0にならないのでダングリ
ングにならない。
return (value % (*divisor)) == 0; }
);
}

CAPTURE OF MEMBER VARIABLE
lambdaが定義されているスコープで見ることができるnon-static
ローカル変数と関数パラメータのみcaptureできる。
メンバ変数はどのようにキャプチャされるか。
std::vector<std::function<bool(int)> > filters;
class Widget {
public:
void addFilter() const {
[=] // default by-value capture。
// default([=])の代りにexplicit by-value capture([divisor])
// しようとするとコンパイル・エラー。
(int value) {
return (value % divisor) == 0; // divisorはメンバ変数のキャプチャ。
});
}
private:
int divisor;
};

CAPTURE OF MEMBER VARIABLE 2
キャプチャされるのはメンバ変数ではなくて、thisポインタ。概念
的には以下のコードと等価。
class Widget {
public:
auto currentObjectPtr = this;
[currentObjectPtr] // thisポインタをキャプチャ。
(int value) {
return (value % currentObjectPtr->divisor) == 0;
});
}
private:
int divisor;
};
ところで、thisポインタを明示的にキャプチャするにはcapture
listにthisと書けば良い。

PROBLEM WITH CAPTURING MEMBER VARIABLES
thisポインタは非スマート・ポインタ。closureがthisの指すオブジ
ェクトより長く生存するとダングリング参照。 ModernなC++スタ
イル(スマート・ポインタ)でもダングリング参照は回避できない。
class Widget {
public:
[=]
(int value) {
});
}
private:
int divisor;
};
int main(int argc, char *argv[]) {
{
auto w = std::make_unique<Widget>();
w->addFilter();
} // wが指すオブジェクトは破棄されfiltersのなかにあるdivisorはダングリング。
return 0;
}

HOW TO AVOID A DANGLING REFERENCE
今回のようなケースでは、メンバ変数をローカル変数にコピーす
る(C++11)、または、generalized lambda capture(C++14 &
Item 32)でダングリング参照を回避できる。
class Widget {
public:
void addFilter_CPP_11_Style() const {
auto divisorCopy = divisor; // ローカル変数にメンバ変数をコピー。
[divisorCopy] // ローカル変数のコピーをexplict by-value capture。
(int value) {
return (value % divisorCopy) == 0;
});
}
void addFilter_CPP_14_Style() const {
[divisor = this->divisor] // メンバ変数をgeneralized lambda captureでコピー
する。
(int value) {
});
}
private:
int divisor;
};

ADDITIONAL DRAWBACKS OF DEFAULT BY-VALUE CAPTURE
default by-value captureは、オブジェクトを"コピーしている"の
でclosureは外部環境から独立していると錯覚させやすい。しか
し実際にはstaticストレージのオブジェクトにも依存している。
by-valueキャプチャしているのにclosureは値のセマンティックス
ではなく参照のセマンティックスで動作する。
static auto calc1 = computeSomveValue1();
static auto calc2 = computeSomveValue2();
static auto divisor = computeDivisor(calc1, calc2); // intへのshared_ptr。
[=] // 何もキャプチャしていない
(int value){ // divisorはキャプチャではなく上記のstatic変数そのもの。
);
++divisor; // staticオブジェクトへの変更は↑のclosureへも影響する。
}

REVIEW
default captureは以下の理由から避けよう。
default by-reference captureはダングリング参照になる危険
性
default by-value captureはダングリング参照になる危険性
(特にthisポインタを通じて) & lambdaが外部環境から独立し
ていると錯覚

おまけ
IIFE IN C++ For Performance and Safety@C++ Now 2015
Imediately Invoked Function Expression
Lambda expressionを定義と同時に呼出す。

IMEDIATELY INVOKED FUNCTION EXPRESSION
条件によって初期化が異なる。
bool condition = ...;
auto size = 0; // 任意の値で初期化、または、未初期化。
if(condition){
size = 1;
} else {
size = 2;
}
// これ以降のコードではsizeはread only。sizeはconstであるべき。

IMEDIATELY INVOKED FUNCTION EXPRESSION
これならコピペされても大丈夫?
bool condition = ...;
const auto size = [&]{// default by-reference capture.
if(condition){
return 1;
} else {
return 2;
}
}(); // lambda expressionを定義と同時に呼出す。

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