C++14 中的递归 lambda 函数 [重复]

在 C++11 中编写递归 lambda 函数有一个经常重复的“技巧”，如下所示：

std::function<int(int)> factorial;
factorial = [&factorial](int n)
{ return n < 2 ? 1 : n * factorial(n - 1); };

assert( factorial(5) == 120 );

(e.g. C++0x 中的递归 lambda 函数 https://stackoverflow.com/q/2067988/726300.)

但这种技术有两个直接的缺点：std::function<Sig>对象被绑定（通过引用捕获）到一个非常特定的std::function<Sig>对象（这里，factorial）。这意味着生成的函子通常不能从函数返回，否则引用将悬空。

另一个（尽管不太直接）问题是使用std::function通常会阻止编译器优化，这是其实现中需要类型擦除的副作用。这不是假设，可以很容易地进行测试。

在递归 lambda 表达式确实很方便的假设情况下，有没有办法解决这些问题？

问题的关键是在 C++ lambda 表达式中implicit this参数将始终引用表达式的封闭上下文的对象（如果存在），而不是由 lambda 表达式生成的函子对象。

借一片叶子匿名递归 http://en.wikipedia.org/wiki/Anonymous_recursion（有时也称为“开放递归”），我们可以使用 C++14 的通用 lambda 表达式重新引入explicit参数来引用我们的递归函子：

auto f = [](auto&& self, int n) -> int
{ return n < 2 ? 1 : n * self(/* hold on */); };

呼叫者现在有一个新的负担，即拨打以下形式的电话：f(f, 5)。由于我们的 lambda 表达式是自引用的，它实际上是自身的调用者，因此我们应该有return n < 2 ? 1 : n * self(self, n - 1);.

由于在第一个位置显式传递函子对象本身的模式是可以预测的，因此我们可以重构这个丑陋的疣：

template<typename Functor>
struct fix_type {
    Functor functor;

    template<typename... Args>
    decltype(auto) operator()(Args&&... args) const&
    { return functor(functor, std::forward<Args>(args)...); }

    /* other cv- and ref-qualified overloads of operator() omitted for brevity */
};

template<typename Functor>
fix_type<typename std::decay<Functor>::type> fix(Functor&& functor)
{ return { std::forward<Functor>(functor) }; }

这允许人们写：

auto factorial = fix([](auto&& self, int n) -> int
{ return n < 2 ? 1 : n * self(self, n - 1); });

assert( factorial(5) == 120 );

我们成功了吗？自从fix_type<F>对象包含自己的函子，每次调用时都会将其传递给它，因此永远不存在悬空引用的风险。所以我们的factorial对象确实可以毫无麻烦地无限制地从函数中复制、移入和移出。

除了...虽然“外部”呼叫者可以轻松拨打以下形式的电话factorial(5)，事实证明，在我们的 lambda 表达式中，递归调用仍然是这样的self(self, /* actual interesting args */)。我们可以通过改变来改进这一点fix_type不通过functor到它自己，但是通过传递*this反而。也就是说，我们传入fix_type负责在第一个位置传递正确的“隐式作为显式”参数的对象：return functor(*this, std::forward<Args>(args)...);。那么递归就变成了n * self(n - 1)，应该如此。

最后，这是生成的代码main使用return factorial(5);而不是断言（对于任何一种风格fix_type):

00000000004005e0 <main>:
  4005e0:       b8 78 00 00 00          mov    eax,0x78
  4005e5:       c3                      ret    
  4005e6:       66 90                   xchg   ax,ax

编译器能够优化所有内容，就像使用普通的递归函数一样。

费用是多少？

精明的读者可能已经注意到一个奇怪的细节。在从非泛型 lambda 到泛型 lambda 的过程中，我添加了显式返回类型（即-> int）。怎么会？

这与要推导的返回类型是条件表达式的类型有关，具体类型取决于对self，正在推导哪种类型。快速阅读普通函数的返回类型推导 http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2013/n3638.html建议按如下方式重写 lambda 表达式应该可行：

[](auto&& self, int n)
{
    if(n < 2) return 1;               // return type is deduced here
    else return n * self(/* args */); // this has no impact
}

GCC 实际上会接受第一种形式的代码fix_type仅（通过的那个functor）。我无法确定抱怨其他表格是否正确（其中*this已通过）。我让读者选择要进行什么权衡：更少的类型推导，或者更少丑陋的递归调用（当然也完全有可能访问任何一种风格）。

GCC 4.9 示例

• 完整代码，初尝味道 http://coliru.stacked-crooked.com/a/845e539a805f2658
• 完整代码，第二种味道 http://coliru.stacked-crooked.com/a/596268717ab16c94
• 完整代码，第一风格，C++11 http://coliru.stacked-crooked.com/a/87812c680208564b
• 可变参数的示例fix对于一组相互递归的 lambda 表达式 http://coliru.stacked-crooked.com/a/dff32e33a322427f