C++11新特性中的匿名函数Lambda表达式的汇编实现分析

C++11新特性中提供了对匿名函数（称为Lambda表达式）的支持，本文将对其底层的汇编代码实现作简要分析，如有雷同，纯属巧合~C++11新特性：Lambda函数（匿名函数） http://www.linuxidc.com/Linux/2013-12/93367p2.htmC++ Primer Plus 第6版中文版清晰有书签PDF+源代码 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101227.htm读C++ Primer 之构造函数陷阱 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-08/40176.htm读C++ Primer 之智能指针 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-08/40177.htm读C++ Primer 之句柄类 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-08/40175.htmC++11 获取系统时间库函数 time since epoch http://www.linuxidc.com/Linux/2014-03/97446.htmC++11中正则表达式测试 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-08/69086.htm Constructs a closure: an unnamed function object capable of capturing variables in scope.—— Lambda functions （since C++11） [cppreference.com]按照C++11标准的说法，lambda表达式的标准格式如下：[ capture ] （ params ） mutable exception attribute -> ret { body }
// （1）完整的声明[ capture ] （ params ） -> ret { body }
//（2）一个常lambda的声明：按副本捕获的对象不能被修改。[ capture ] （ params ） { body }
// （3）省略后缀返回值类型：闭包的operator（）的返回值类型是根据以下规则推导出的：如果body仅包含单一的return语句，那么返回值类型是返回表达式的类型（在此隐式转换之后的类型：右值到左值、数组与指针、函数到指针）否则，返回类型是void[ capture ] { body }
//（4）省略参数列表：函数没有参数，即参数列表是（）capture - 指定哪些在函数声明处的作用域中可见的符号将在函数体内可见。符号表可按如下规则传入： [a,&b]，按值捕获a，并按引用捕获b [this]，按值捕获了this指针 [&] 按引用捕获在lambda表达式所在函数的函数体中提及的全部自动储存持续性变量 [=] 按值捕获在lambda表达式所在函数的函数体中提及的全部自动储存持续性变量 [] 什么也没有捕获 params - 参数列表，与命名函数一样 ret - 返回值类型。如果不存在，它由该函数的return语句来隐式决定（或者是void，例如当它不返回任何值的时候） body - 函数体下面，我将从最简单的形式开始逐步对各种形式的lambda表达式进行汇编分析。首先是最简单的类型（4）：和普通表达式一样，若单纯的一个表达式将被编译器忽略，这里将lambda表达式赋值给一个栈变量进行分析。int main（）
{
auto lambda = []{ }; return 0;
}IntelliSense显示这里的lambda变量其实是一个 void lambda（），编译后被解析是main::__l3::void<lambda>（void）类型，debug查看汇编代码，发现本句并没有在main函数里产生任何汇编代码，但并不代表这个表达式没有意义，...省略...
auto lambda = []{ }; return 0;
xor eax,eax
}
...省略...若使用sizeof（lambda）计算其所占字节数将得到1，稍微在main代码上面一点，可以发现[]{}是作为一个函数被编译： 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
pop edi
pop esi
pop ebx
mov esp,ebp
pop ebp
ret
int 3
int 3可见，就像普通函数一样，[]{}表达式内部被编译为一个函数，该函数内有一个this指针作为栈变量，它指向调用函数时的寄存器ecx。下面我们执行这个lambda表达式，进入闭包内部分析，同时，为了好说明，在函数内增加一条赋值语句。int main（）
{
auto lambda = []{
int s = 0xA;
};
lambda（）;
return 0;
}对应有汇编代码： auto lambda = []{
int s = 0xA;
};
lambda（）;
lea ecx,[ebp-5]
call 001E1570
return 0;可以看到，有一个地址传送，[ebp-5]的地址送给ecx，然后直接调用闭包函数。[ebp-5]是main的一个栈变量，占用4字节，他的值没有被初始化，debug版本默认是（0xcccccccc）。将其地址&[ebp-5]送入ecx究竟有什么含义，不妨先进入闭包函数内部看看： push ebp
mov ebp,esp
sub esp,0D8h
push ebx
push esi
push edi
push ecx
lea edi,[ebp+FFFFFF28h]
mov ecx,36h
mov eax,0CCCCCCCCh
rep stos dword ptr es:[edi]
pop ecx
mov dword ptr [ebp-8],ecx
int s = 0xA;
mov dword ptr [ebp-14h],0Ah
};
pop edi
pop esi
pop ebx
mov esp,ebp
pop ebp
ret可见，刚才的ecx被push保存，然后又在函数初始化栈完成后（rep stos后），被弹出并写入局部变量[ebp-8]中，而这个[ebp-8]其实就是上面说到的this指针。也就是说，这个this指针指向main中的一个局部变量。那么，为了进一步研究这个机制，我们设法让这个闭包使用this。不妨猜想一下，this既然是指向main里面的变量，那么他可能是一个base address用来“捕获”（lambda中的概念）闭包外层作用域内的某些变量。“捕获”方式在上面有说到，若将上面的[]改为[=]，让lambda按值捕获main中的int变量s，再看看有什么变化：int main（）
{
int a = 0xB;
auto lambda = [=]{
int s = a;
};
lambda（）;
return 0;
}闭包内对应汇编代码： pop ecx
mov dword ptr [ebp-8],ecx
int s = a;
mov eax,dword ptr [ebp-8]
mov ecx,dword ptr [eax]
mov dword ptr [ebp-14h],ecx
};同样的，先放置this指针，然后下面比较关键：

把this临时放到eax
然后再取eax地址对应的值放到临时ecx寄存器中，这里就是a
然后赋值给[ebp-14h]就是s

那么绕了半天做了什么事，其实就是相当于下面的代码：s = *this;那么这个this确实是指向了main里面的a，如何办到的？查看main栈内存发现，传给闭包的this是指向下图中选中部分，而红框中是变量a：可见，a在main的栈空间被复制了一次，而不是闭包的栈空间，那么复制发生在哪个时候，为什么this恰好就指向了a的副本？再调用闭包函数之前，还做了一些事情： int a = 0xB;
mov dword ptr [ebp-8],0Bh
auto lambda = [=]{
int s = a;
};
lea eax,[ebp-8]
push eax
lea ecx,[ebp-14h]
call 010E1BE0
lambda（）;
lea ecx,[ebp-14h]
call 010E1C20
return 0;发现还call了一个带参函数：

将a的地址送入eax并压栈，相当于给下面的函数传参&a
将给后面闭包用的this保存在ecx中，可能会给下面的一个call使用

上面的操作相当于下面的伪代码：call 010E1BE0（ &a , this）; //当然，this并不是作为参数传入的，这里只是方便理解可以预见，010E1BE0函数的作用应该是拷贝a，并让this指向a，空口无凭，进去看看：push ebp
mov ebp,esp
sub esp,0CCh
push ebx
push esi
push edi
push ecx
lea edi,[ebp+FFFFFF34h]
mov ecx,33h
mov eax,0CCCCCCCCh
rep stos dword ptr es:[edi]

pop ecx
mov dword ptr [ebp-8],ecx
mov eax,dword ptr [ebp-8]
mov ecx,dword ptr [ebp+8]
mov edx,dword ptr [ecx]
mov dword ptr [eax],edx
mov eax,dword ptr [ebp-8]

pop edi
pop esi
pop ebx
mov esp,ebp
pop ebp
ret 4前后的代码按部就班，主要是中间：

ecx是this不用说了。
先把this保存到该函数的栈空间再说
this放进eax，预见下面的[eax]就是*this，和上面说到的一样
然后是[ebp+8]这块，送给ecx临时保存，然后取值，送入edx临时保存，可见[ebp+8]里面应该是一个地址
edx送给*this
最后那个mov eax，[ebp-8] ，又把this作为返回值

关于[ebp+8]：还记得传入该函数的参数&a吗？没错，[ebp+8]保存的是就是&a。简单翻译一下这个函数的意思：fun（&a,this）;int* fun（int* in,int* this）{*this = *in;
return this;}注意这里的this传递其实是通过寄存器的方式。好了，说了半天，刚才那个问题，差不多也知道答案了。调用闭包函数前，“捕获者”this指针被放在main中，并对其指向的内存块拷贝闭包中要用到的变量值，调用时，this通过寄存器送入闭包中，闭包通过this访问外层作用域（这里是main）的已捕获对象（这里是a）。可见，如果闭包要按值捕获main中多个变量，那么事先要调用一个复制函数，依次复制所有要用的变量，然后通过this寻址访问main中变量的副本，而不是把所有变量拷贝到闭包的栈空间内。上面说的都是最简单的形式，也即：[=]{ }，之后的文章将分析更复杂的lambda表达式。更多详情见请继续阅读下一页的精彩内容： http://www.linuxidc.com/Linux/2014-06/103088p2.htm