Lambda捕获thread_local变量的规则是什么？能否依赖当前分析？

以下是展示Lambda捕获thread_local变量行为的C++代码示例：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <string>

struct Person
{
    std::string name;
};

int main()
{
    thread_local Person user{"mike"};
    Person& referenceToUser = user;

    // 正常工作 - 输出 "Hello mike"
    std::thread([&]() {std::cout << "Hello " << referenceToUser.name << std::endl;}).join();

    // 无法正常工作 - 输出 "Hello"
    std::thread([&]() {std::cout << "Hello " << user.name << std::endl;}).join();

    // 正常工作 - 输出 "Hello mike"
    std::thread([&user=user]() {std::cout << "Hello " << user.name << std::endl;}).join();
}

现象总结 #

• 若在Lambda中直接使用thread_local变量的原名称，执行Lambda的线程会创建并使用该变量属于自身的thread_local实例（代码中第二个线程输出空字符串，因为新线程的user是默认构造的空name）。
• 若先获取原线程中thread_local变量的引用/指针，再捕获该引用/指针，Lambda执行时会指向原线程的thread_local实例（第一个线程输出"Hello mike"）。
• 使用显式捕获绑定（&user=user）时，相当于在原线程中获取了thread_local变量的引用并捕获，Lambda执行时同样指向原线程的实例（第三个线程输出"Hello mike"）。

背后的规则 #

1. thread_local变量的实例绑定规则：thread_local存储期的变量，每个线程拥有独立的实例。当代码中直接使用变量名user时，编译器会解析为当前执行线程对应的实例——在新线程中调用Lambda时，user指代的是新线程自己的thread_local Person实例，这个实例是默认初始化的，所以name为空。

2. Lambda捕获的本质：

   • 隐式捕获[&]时，Lambda中未被显式捕获的变量名会在Lambda执行时进行名称查找。对于thread_local变量，名称查找的结果是当前执行线程的实例。
   • 当捕获的是指向原线程thread_local实例的引用/指针时，这个引用/指针绑定的是原线程的实例，和执行Lambda的线程无关，所以访问的是原线程中初始化好的user。
   • 显式捕获绑定&user=user是在原线程的上下文中完成的：这里的右侧user是原线程的thread_local实例，捕获的是它的引用，所以Lambda执行时访问的是原线程的实例。

能否依赖该结论？ #

完全可以依赖，这是C++标准明确规定的行为：

• thread_local变量的实例与线程一一对应，名称解析始终指向当前执行线程的实例。
• Lambda的捕获行为遵循变量绑定的时机：隐式捕获中未显式捕获的变量，其名称解析发生在Lambda执行时；显式捕获（包括捕获绑定）的变量，绑定发生在Lambda创建时。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Mike Vine