在C++回調中，當使用Lambda表達式捕獲外部變量時，有兩種捕獲方式：按值捕獲和按引用捕獲。

一、按引用捕獲和按值捕獲

1.1 原理

• 按引用捕獲是將外部變量的引用存儲在Lambda表達式的閉包中，[&] 表示按引用捕獲所有外部變量。這樣，當Lambda表達式執行時，它將直接訪問原始變量。這種方式在某些情況下可能導致問題，例如，當回調執行時，原始變量已經失效（例如，原始變量是棧上的局部變量，而回調在該變量離開作用域后執行）。

• 按值捕獲是將外部變量的值復制到Lambda表達式的閉包中。這樣，當Lambda表達式執行時，它將使用這個復制的值，而不是原始變量的值。這種方式可以避免在回調執行時，原始變量已經失效的問題。

1.2 案例

原理雖然很簡單，但是當我們處于復雜的業務代碼中時，仍然不免會寫出bug。下面是筆者遇到的一個真實案例：

    std::string WebProxyKeysHelper::GetAuthCode(std::string &st_or_code, std::string &last_key) {...auto ph = (st_or_code == KEY_TYPE_OF_ST_STR ? RefreshProxySt() : RefreshOauthCode());auto prom_ptr = std::make_shared<std::promise<std::string>>();std::future<std::string> fut_pb = prom_ptr->get_future();ph.then([&, prom_ptr](bool ret) {std::string tmp_key = "";if (ret) {tmp_key = st_or_code == KEY_TYPE_OF_ST_STR ? proxy_st_ : oauth_code_;UpdateKeys(st_or_code, tmp_key);Schedule();}prom_ptr->set_value(tmp_key);}).onError([&, prom_ptr](const std::exception& ex){prom_ptr->set_value("");});}...return current_key;}

在上述代碼中，WebProxyKeysHelper::GetAuthCode 函數通過異步操作 ph 獲取代理密鑰。然后，根據異步操作的結果，回調函數更新密鑰并設置 prom_ptr 的值。然而，這段代碼存在一個潛在的問題，即在回調函數中使用了按引用捕獲的 st_or_code 變量。

問題在于，當 ph.then([&, prom_ptr](bool ret) { ... }) 回調執行時，st_or_code 變量可能已經離開了作用域并被銷毀。這會導致程序偶現閃退，也可能導致數值異常，最終表現為業務邏輯異常，因為回調函數試圖訪問一個已經失效的棧變量。

修改的方式是，將 st_or_code 變量改為按值捕獲。這樣，在回調執行時，即使原始的 st_or_code 變量離開了作用域，回調中仍然可以安全地使用其復制的值。下面是修正后的代碼：

    std::string WebProxyKeysHelper::GetAuthCode(std::string &st_or_code, std::string &last_key) {...auto ph = (st_or_code == KEY_TYPE_OF_ST_STR ? RefreshProxySt() : RefreshOauthCode());auto prom_ptr = std::make_shared<std::promise<std::string>>();std::future<std::string> fut_pb = prom_ptr->get_future();ph.then([&, st_or_code, prom_ptr](bool ret) { // 注意這里改為按值捕獲 st_or_codestd::string tmp_key = "";if (ret) {tmp_key = st_or_code == KEY_TYPE_OF_ST_STR ? proxy_st_ : oauth_code_;UpdateKeys(st_or_code, tmp_key);Schedule();}prom_ptr->set_value(tmp_key);}).onError([&, prom_ptr](const std::exception& ex){prom_ptr->set_value("");});}...return current_key;
}

二、弱引用

2.1 原理

弱引用（Weak Reference）是一種特殊的引用類型，它不會阻止其所引用的對象被垃圾回收。這在處理回調和長時間運行的任務時非常有用，因為它可以避免因為回調導致的潛在內存泄漏。

2.2 案例一

錯誤的寫法：

class Foo {
public:void start() {std::thread t([this]() {std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));this->doSomething();  // Undefined behavior if `this` is destroyed!});t.detach();}void doSomething() {std::cout << "Doing something..." << std::endl;}
};

在上述代碼中，我們在新線程中訪問了this指針。然而，如果新線程開始執行時，this指針所指向的對象已經被銷毀，這將導致未定義的行為。

正確的寫法：

class Foo : public std::enable_shared_from_this<Foo> {
public:void start() {std::thread t([weak_this = std::weak_ptr<Foo>(shared_from_this())]() {if (auto shared_this = weak_this.lock()) {shared_this->doSomething();  // 安全，只要 `this` 沒有被銷毀}});t.detach();}void doSomething() {std::cout << "Doing something..." << std::endl;}
};

在修正的代碼中，我們使用了弱引用來捕獲this指針。這樣，即使原始對象被銷毀，新線程中也不會訪問到無效的this指針。

2.3 案例二：使用base庫的弱引用

base::BindLambda(base::AsWeakPtr(this), [&] { ... }) 使用了弱引用。這里，base::AsWeakPtr(this) 將this指針轉換為弱引用，并將其傳遞給Lambda表達式。這樣，在回調執行時，如果this指針所指向的對象已經被銷毀，回調將不會執行，從而避免了潛在的內存泄漏問題。

下面是執行CGI任務時的回調寫法。當CGI網絡請求回來時，所在的Service類可能已經被析構，所以需要使用base::AsWeakPtr(this) 將this指針轉換為弱引用：

task->SetCallback(base::BindLambda(base::AsWeakPtr(this), [=](network::ProtocolErrorCode pec, const CRTX_WWK::BatchSetLeaderRsp& resp) {LogicErrorCode code = (pec == network::PEC_OK && task->response_head()->errcode() == 0) ? LEC_OK : LEC_ERROR;if(code == LEC_OK) {...}if (!callback.is_null()) callback.Run(code);
})); 
ScheduleTask(task.get());

大家可能已經注意到，上面的Lamda回調中，我們不需要再額外判斷this是否已經被析構，因為base庫已經替我們提前判斷好再回調：

/*** @brief BindLambda 函數實現了便捷的通過 C++ Lambda 表達式來創建 base::Callback 的方法。* 這個重載允許額外傳入一個 base::WeakPtr 類型的弱引用，在實際執行 functor 前會檢查弱引用的有效性，如果弱引用已經無效，則不會執行 functor。** @param weakptr 額外傳遞一個弱引用，在 functor 執行前會進行檢查，如果該弱引用無效則不會繼續調用 functor* @param functor C++ Lambda 表達式* @param params 需要綁定在 Lambda 表達式上的參數** @note 可根據實際情況，選擇使用捕獲或者綁定的方式傳遞參數。*/
template <typename SupportWeakPtrType, typename Functor, typename ...Params>
auto BindLambda(const WeakPtr<SupportWeakPtrType>& weakptr, const Functor& functor, const Params&... params) -> decltype(BindLambda(functor, params...)) {return _WrapWeakCallback(BindLambda(functor, params...), weakptr);
}template <typename SupportWeakPtrType, typename RetType, typename ...Params>
base::Callback<RetType(Params...)> _WrapWeakCallback(const base::Callback<RetType(Params...)>& callback, const WeakPtr<SupportWeakPtrType>& weakptr) {return base::Bind(&_RunWeakCallbackInternalRet<SupportWeakPtrType, RetType, Params...>, weakptr, callback);
}template <typename SupportWeakPtrType, typename RetType, typename ...Params>
RetType _RunWeakCallbackInternalRet(const WeakPtr<SupportWeakPtrType>& weakptr, const base::Callback<RetType(Params...)>& callback, Params... params) {if (weakptr.get()) {return callback.Run(params...);}return RetType();
}

1. BindLambda 函數接受一個弱引用（weakptr）、一個Lambda表達式（functor）和一些參數（params）。它將創建一個回調函數，該回調在執行前會檢查弱引用的有效性。如果弱引用無效，則不會執行Lambda表達式。

2. _WrapWeakCallback 函數接受一個回調函數（callback）和一個弱引用（weakptr）。它將創建一個新的回調函數，該回調函數在調用之前會檢查弱引用的有效性。

3. _RunWeakCallbackInternalRet 函數在弱引用有效時執行回調函數（callback），否則返回默認值。這個函數實際上是在執行回調之前檢查弱引用的有效性的地方。

三、總結

在C++回調中，我們需要根據具體情況選擇合適的捕獲方式（按值捕獲、按引用捕獲或弱引用）。在處理回調和長時間運行的任務時，為了避免內存泄漏和訪問無效變量的問題，我們通常需要使用按值捕獲和弱引用。

最后我們總結一下本文：

類型	原理	注意事項
按值捕獲	將外部變量的值復制到Lambda表達式的閉包中，使得Lambda表達式在執行時使用的是復制的值，而不是原始變量的值。	如果捕獲的變量在Lambda表達式執行時已經離開了作用域，那么按值捕獲就是安全的，因為Lambda表達式中使用的是變量的副本。
按引用捕獲	將外部變量的引用存儲在Lambda表達式的閉包中，使得Lambda表達式在執行時直接訪問的是原始變量。	如果捕獲的變量在Lambda表達式執行時已經離開了作用域，那么按引用捕獲就可能導致未定義的行為。因此，使用按引用捕獲時，需要確保捕獲的變量在Lambda表達式執行時仍然有效。
弱引用	弱引用是一種特殊的引用類型，它不會阻止其所引用的對象被垃圾回收。這在處理回調和長時間運行的任務時非常有用，因為它可以避免因為回調導致的潛在內存泄漏。	如果弱引用所引用的對象在回調執行時已經被銷毀，那么回調將不會執行，從而避免了潛在的內存泄漏問題。因此，使用弱引用時，需要確保在回調執行時，弱引用所引用的對象仍然存在。