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无捕获 lambda 是结构类型吗？

2024-05-27

P1907R1 http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2019/p1907r1.html，接受 C++20，引入结构类型，它们是非类型模板参数的有效类型。

GCC 和 Clang 都接受以下 C++2a 代码片段：

template<auto v>
constexpr auto identity_v = v;

constexpr auto l1 = [](){};
constexpr auto l2 = identity_v<l1>;

这意味着无捕获 lambda 的类型是结构类型。

Question

  • 无捕获 lambda 是否确实满足其类型成为结构类型的要求？

All standard references below, unless explicitly noted otherwise, refers to N4861 (March 2020 post-Prague working draft/C++20 DIS) https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4861/.

无捕获 lambda 的类型（其闭合类型) is a 结构类型

从今以后，我们将 lambda 的类型单独称为闭合类型.

正如下面的标准段落所示，无捕获 lambda 的闭包类型：

  • 满足其成为一个的要求文字（类）类型，而且此外
  • 满足文字类型的要求，使其成为结构类型,

因此可以用作非类型模板参数的类型，使得示例片段

template<auto v>
constexpr auto identity_v = v;

constexpr auto l1 = [](){};
constexpr auto l2 = identity_v<l1>;

确实是格式良好的。

lambda 的闭包类型是非联合类类型

受以下管辖[expr.prim.lambda.closure]/1 https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4861/expr.prim.lambda.closure#1 [emphasis mine]

的类型lambda 表达式（这也是闭包对象的类型）是唯一的、未命名的非联合类类型，称为闭包类型，其属性如下所述。

闭合类型是非联合类类型.

无捕获 lambda 的闭包类型是文字（类）类型

受以下管辖[基本类型]/10 https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4861/basic.types#10[提炼，emphasis mine]

类型是一个文字类型如果是：

  • [...]
  • a possibly cv-qualified class type that has all of the following properties:
    • 它有一个 constexpr 析构函数([dcl.constexpr]),
    • it is either 闭合类型([expr.prim.lambda.closure])、聚合类型 ([dcl.init.aggr])，或至少有一个 constexpr 构造函数或构造函数模板（可能从基类继承 类）不是复制或移动构造函数，
    • 如果它是联合体，则其至少一个非静态数据成员是非易失性文字类型，并且
    • 如果它不是联合，则其所有非静态数据成员和基类都是非易失性文字类型。

闭包类型是文字类型如果

  • 有一个 constexpr 析构函数，并且如果
  • 它的所有非静态数据成员都是非易失性文字类型。

无捕获 lambda 的闭包类型没有非静态数据成员，因此满足后一个要求。前者怎么样，constexpr 析构函数？

隐式生成的 constexpr 析构函数

受以下管辖[expr.prim.lambda.closure]/14 https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4861/expr.prim.lambda.closure#14

与 a 关联的闭包类型lambda 表达式有一个隐式声明的析构函数（[class.dtor]）。

闭包类型的析构函数是隐式声明的。此外，[/dcl.fct.def.default]/5 https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4861/dcl.fct.def.default#5描述[摘录，emphasis mine]

显式默认函数和隐式声明函数统称为违约功能，以及实施应为它们提供隐式定义([class.ctor],[类.dtor], [class.copy.ctor], [class.copy.assign]), [...]

即集体术语违约函数还包括隐式声明的析构函数。

最后，[class.dtor]/9 https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4861/class.dtor#9

如果默认析构函数满足 constexpr 析构函数 ([dcl.constexpr]) 的要求，则它是 constexpr 析构函数。

描述默认析构函数是 constexpr 析构函数，如果它们满足以下要求[dcl.constexpr] https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4861/dcl.constexpr， 特别[dcl.constexpr]/3 https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4861/dcl.constexpr#3 and [dcl.constexpr]/5 https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4861/dcl.constexpr#5[摘录，emphasis mine]

[dcl.constexpr]/3constexpr 函数的定义应满足以下要求：

  • [...]
  • 如果函数是构造函数或析构函数，其类不得有任何虚拟基类；
  • [...]

[dcl.constexpr]/5constexpr 析构函数的定义，其函数体 is not = delete还应满足以下要求：

  • 对于类类型或其（可能是多维）数组的每个子对象，该类类型应具有 constexpr 析构函数。

所有这些都满足无捕获 lambda 的闭包类型（没有基类，也没有子对象；请参阅[介绍对象]/2 https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4861/intro.object#2对于后者）。

因此，无捕获 lambda 的闭包类型是文字类型。

无捕获 lambda 的闭包类型是结构类型

As per [温度参数]/6 https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4861/temp.param#6 and [温度参数]/7 https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4861/temp.param#7[提炼，emphasis mine]

[温度参数]/6非类型模板参数应具有以下类型之一（可能是 cv 限定的）：

  • 结构类型（见下文），
  • [...]

[温度参数]/7

A 结构类型是以下之一：

  • 标量类型，或
  • 左值引用类型，或者
  • a literal class type with the following properties:
    • 所有基类和非静态数据成员都是公共且不可变的
    • 所有基类和非静态数据成员的类型都是结构类型或其（可能是多维）数组。

如果文字类类型没有基类和非静态数据成员，那么它就是一种结构类型。这两者都适用于无捕获 lambda，因此，无捕获 lambda 的闭包类型是结构类型。

关于原文的一些注释intent允许 lambda 的闭包类型为文字类型

N4487 http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2015/n4487.pdf提议允许某些 lambda 表达式和某些闭包对象上的操作出现在常量表达式中，并包含一个专门的部分来讨论闭包类型是文字类型的主题：

如果闭包对象的每个数据成员的类型都是文字类型，则该闭包对象应该是文字类型。

C++14 中的闭包类型永远不可能是文字类型 – 即使它的所有 数据成员是文字类型——因为它缺少 constexpr 不是复制或移动构造函数的构造函数。如果这样的关闭 类型被允许有一个隐式定义的默认构造函数 将是 constexpr，使其成为文字类型。但是，因为关闭 根据定义，类型必须删除其默认构造函数， 禁止实现隐式定义一个。 [...]

P0170R1 http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2016/p0170r1.pdf包含 N4487 的核心措辞，已被 C++17 接受并实现。

然而，此时（C++14 和 C++17）析构函数不能是 constexpr，因此自然不要求文字类型具有 constexpr 析构函数；[基本类型]/10.5.1 https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4140/basic.types#10.5.1在 N4140 (C++14) 以及[基本类型]/10.5.1 https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4659/basic.types#10.5.1在 N4659 (C++17) 中，要求析构函数很简单：

如果某个类型满足以下条件，则该类型是文字类型：

  • [...]
  • a class type (Clause [class]) that has all of the following properties:
    • 它有一个简单的析构函数，
    • [...]

P1907R1 http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2019/p1907r1.html，为 C++20 所接受，扩展了以下要求模板参数对象不断的破坏；[温度参数]/8 https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4861/temp.param#8 [emphasis mine]:

An id-表达式命名非类型模板参数类别类型T表示类型的静态存储持续时间对象const T，称为模板参数对象，其值是相应模板参数转换为类型后的值模板参数。程序中所有此类相同类型、相同值的模板参数都表示同一个模板参数对象。 [...]模板参数对象应不断销毁。

and, P0784R7 http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2019/p0784r7.html，也被 C++20 接受，特别包含 constexpr 销毁的引入，包括更新类型为文字类型的要求；在论文的早期版本中特别描述，P0784R1 http://open-std.org/JTC1/SC22/WG21/docs/papers/2018/p0784r1.html:

constexpr 析构函数的建议规则是：

  • [...]
  • 文字类型需要 constexpr 析构函数（之前，对平凡析构函数提出了更强的要求）
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