解决C++中临时对象被Lambda引用捕获导致的问题

来源：网络更新时间：2024-09-01 09:31:22

今天我在复习项目过程中积累的技术案例时，回顾了一个小的coredump案例。当时，即使是小组里的一些资深同事也没有发现问题所在。然后我在周末花了两三个小时查找并解决了这个问题。今天，我要做一次系统总结，给出一个能够复现该问题的案例代码。这个案例代码相对简单，便于学习和理解。

1. 简介

原则：临时对象不应该被lambda引用捕获，因为临时对象在所在语句结束时会被析构掉，只能采用值捕获。
当临时对象比较隐蔽时，我们就可能犯这个低级错误。本文将介绍一种情况：以基类智能指针对象的const引用作为函数形参，并在函数内对该参数进行引用捕获，然后进行跨线程异步使用。当函数调用者使用派生类智能指针作为实参时，派生类智能指针对象会向上转换为基类智能指针对象。这个转换是隐式的，产生的对象是临时对象，然后被lambda引用捕获。后续跨线程使用引发了"野引用" coredump问题。

2. 案例

下面给出一个简单的演示代码来模拟这个案例。案例涉及的代码流程，如下图所示：

其中，基类为BaseTask，派生类为DerivedTask，main函数将lambda闭包抛到工作线程中异步执行。
详细示例代码如下：

/**
 * @brief 关键字：lambda、多线程、std::shared_ptr 隐式向上转换
 * g++ main.cc -std=c++17 -O3 -lpthread
 */

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

// 定义简易线程池...

上述的例子代码，会出现coredump，或者是没有执行派生类的DoSomething。不符合预期的原因在于，这份代码往一个线程里post lambda函数，lambda函数引用捕获智能指针对象，这是一个临时对象，其离开使用域之后会被析构掉，导致lambda函数在异步线程执行时访问到一个"野引用"出错。而之所以捕获的智能指针是临时对象，是因为调用User.DoJobAsync时发生了类型的向上转换。

上述的例子还比较容易看出来问题点，但当我们的项目代码层次较深时，这类错误就非常难发现。因此之前团队里的资深同事也都无法察觉问题所在。

这类问题有多种解决办法：
（1）方法1：避免出现隐式转换，消除临时对象；
（2）方法2：函数和lambda捕获都修改为裸指针，消除临时对象；引用本质上是指针，需要关注生命周期。既然采用引用参数就表示调用者需要保障对象的生命周期，智能指针的引用在用法上跟指针无异，那么这里不如用裸指针，让调用者更清楚自己需要保障对象的生命周期；
（3）方法3：异步执行时采用值捕获/值传递，不采用引用捕获。值捕获可能导致性能浪费，但具体到本文的例子，这里的性能开销是一个智能指针对象的构造，性能损耗不大，是可接受的。