Lambda作为模板类参数的编译问题及std::forward用法疑问

问题代码与疑问 #

先看测试代码：

#include <iostream>

template <typename Func>
class Test {
 public:
  Test(Func &&func) : m_func(std::forward<Func &&>(func)) {}
  void Run() { m_func(); }

 private:
  Func &&m_func;
};

template <typename Func>
class Foo {
 public:
  Foo(Func &func) : m_func(func) {}
  void Run() { m_func(); }

 private:
  Func &m_func;
};

int main() {
  const auto print = []() { std::cout << "Hello" << std::endl; };
  using Print = decltype(print);

  Test<decltype(print)> t0(std::forward<Print&&>(print));
  t0.Run();

  Test<void()> t1(Print{});
  t1.Run();

  Foo<decltype(print)> t3(std::forward<Print&&>(print));
  t3.Run();

  Foo<void()> t4(Print{});
  t4.Run();
}

第一个疑问 #

为什么t0加了std::forward就能编译通过，而t1直接报错？

更新后的疑问 #

把t1改成下面的代码后就能编译了：

Test<void(*)()> t1([]() { std::cout << "Hello" << std::endl; });

但对t0还有疑问：如果删掉t0里的std::forward就编译失败，换成Test<void (*)()> t0(print);却能正常运行，这两种写法到底有什么区别？

逐一解答 #

1. t0编译通过、t1报错的原因 #

• 关于t0：
  decltype(print)拿到的是这个Lambda专属的闭包类型（每个无捕获Lambda都有唯一的匿名类型），因为print是const auto定义的，所以这个类型带const修饰。
  显式指定Test的模板参数为这个闭包类型后，构造函数的参数就变成了const 闭包类型&&（右值引用）。std::forward<Print&&>(print)的作用是把左值print强制转换成const 闭包类型&&，刚好匹配构造函数的参数，因此编译通过。成员变量m_func是这个右值引用，只要t0还处于生命周期内，调用Run()就能正常执行Lambda。

• 关于t1：
  指定Test的模板参数为void()时，这是函数类型而非函数指针。构造函数参数随之变成void()&&（函数类型的右值引用）。但Print{}是Lambda的闭包对象，它只能隐式转换成函数指针void(*)()，没法直接转成函数类型void()的引用——函数类型的引用本质是绑定到实际函数上，而Lambda闭包对象不是函数本身，只是能转成指向函数的指针。类型不匹配，自然编译报错。
  改成Test<void(*)()> t1(...)后，模板参数是函数指针类型，构造函数参数变成void(*)()&&，Lambda闭包对象可以隐式转成这个指针类型的右值，刚好匹配参数，所以编译通过。

2. t0两种写法的差异 #

• 写法一：Test<decltype(print)> t0(std::forward<Print&&>(print));
  这里直接用Lambda的闭包类型作为模板参数，构造函数需要该类型的右值引用。但print是左值（const闭包类型的左值），左值不能直接绑定到右值引用，必须用std::forward<Print&&>把它转换成右值引用类型，才能匹配构造函数参数，编译才能通过。

• 写法二：Test<void (*)()> t0(print);
  这里用函数指针类型void(*)()作为模板参数，构造函数需要该指针类型的右值引用。因为这个Lambda没有捕获变量，符合隐式转换为函数指针的条件，左值print会自动转换成void(*)()类型的右值，刚好能绑定到构造函数的右值引用参数上，所以不需要std::forward也能编译通过。

  核心区别总结：

  • 写法一操作的是Lambda的原生闭包类型，必须手动转换为右值引用才能匹配构造函数；
  • 写法二操作的是函数指针类型，Lambda可以自动转换为该指针，不需要额外转换。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Hovin