C++中vector<bool>结合Lambda的异常行为问题

先看这段代码的现象：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
  int n = 4, m = 3;
  
  auto get = [&]() {
    vector<vector<bool>> arr(n, vector<bool>(m, false));
    arr[0][0] = true;
    return arr[0][0];
  };
  
  cout << get() << endl;
}

这段代码运行后输出0，但将return语句修改为return arr[0][0] == true时，输出符合预期的1。背后的原因如下：

• vector的特殊性：vector<bool>是C++标准库中一个特殊的容器，它并非真正存储bool类型元素，而是做了空间优化——用单个比特位存储每个"bool"值。为了实现这种比特位访问，vector<bool>::operator[]返回的不是bool类型，而是一个名为vector<bool>::reference的代理对象，这个对象负责操作对应的比特位。

• 悬空代理对象导致未定义行为：lambda里的arr是局部变量，当lambda执行完毕返回时，arr会被销毁，其占用的内存被释放。此时返回的arr[0][0]是绑定到已销毁容器的代理对象，属于悬空引用。访问这个悬空代理对象的行为是未定义行为，输出0只是不确定结果中的一种。

• 表达式转换的作用：当修改为return arr[0][0] == true时，arr[0][0]的代理对象会参与比较运算，此时会触发隐式转换，从代理对象中提取出实际的bool值（也就是我们设置的true），返回的是合法的bool类型值，所以输出符合预期的1。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者starboy_jb