如何在C++中复用"闭包生成器"？

C++中的闭包表现和其他具备GC、会延长捕获变量生命周期的编程语言不同。比如编写如下代码：

auto generator() {
  int common = 0;
  auto adder1 = [=]() mutable {
    ++common;
    return common;
  };
  auto adder2 = [=]() mutable {
    ++common;
    return common;
  };
  return make_pair(adder1, adder2);
}

int main() {
  auto pair = generator();
  auto a1 = pair.first;
  auto a2 = pair.second;
  cout << a1() << " " << a2() << "\n";
  return 0;
}

我们期望得到输出1 2，因为认为common是adder1和adder2共享的“词法环境”。但实际运行结果是1 1，原因是common被按值捕获，每个闭包都持有独立的common副本，彼此的修改互不影响。

解决该问题的一种方案是将common声明为static，但static会以不符合预期的方式延长common的生命周期，因此更倾向于另一种方案：使用C++14的初始化lambda捕获创建闭包生成器，通过引用捕获common：

auto generator = [common = 0]() mutable {
  auto adder1 = [&]() {
    ++common;
    return common;
  };
  auto adder2 = [&]() {
    ++common;
    return common;
  };
  return make_pair(adder1, adder2);
};

此时代码运行正常，输出1 2。这类用于初始化adder的生成器我称之为“闭包生成器”，它们通常不是我们所需的特定闭包。

但这种方案存在复用问题：无法为不同的(adder1, adder2)对创建独立的common。比如调用生成器的代码如下：

int main() {
  auto pair1 = generator(); auto pair2 = generator();
  auto a1 = pair1.first; auto a2 = pair1.second;
  auto a3 = pair2.first; auto a4 = pair2.second;
  a1(); a1(); a1(); a2(); a2(); a2(); a2(); a3(); a4();
  cout << a1() << " " << a2() << " " << a3() << " " << a4() << "\n";
  return 0;
}

实际输出为10 11 12 13，而非期望的8 9 3 4——因为生成器本身是一个闭包，所有调用生成的pair1和pair2会共用同一个common实例。

想知道在C++中是否存在一种方法可以复用这种“闭包生成器”，优先采用无指针的实现方案。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者miyou379