为何被移动值的引用在目标左值超出作用域后不悬空？

研究Lambda引用相关用法时，我遇到一个本以为会因悬空引用崩溃的场景。我原本认为main函数里传给fn_x_3的Lambda是右值，会被移动到fn_x_3函数中并绑定到左值fn上。但程序最终输出了5，我疑惑的是：当fn_x_3的右值引用重载中的fn超出作用域时，左值引用重载里捕获的引用为何没有失效？

#include <iostream>
#include <functional>


std::function<int(int)> fn_x_3(std::function<int(int, int)>& fn) {
    // capture fn by reference!
    return [&fn](int x) {
        return fn(x, 3);
    };
}

std::function<int(int)> fn_x_3(std::function<int(int, int)>&& fn) {
    // passing fn (lvalue) by reference to fn_x_3 overload
    return fn_x_3(fn);
}

int main()
{
    // call to fn_x_3(function<int(int)>&& fn), lambda "moved into" the function
    auto fn = fn_x_3([](int x, int y){ return x + y; });
    int result = fn(2);
    std::cout << result << std::endl;
    return 0;
}

问题原因解析 #

• 首先要明确：当你把右值Lambda传给fn_x_3的右值引用重载时，这个重载里的fn是右值引用绑定到临时对象后产生的左值，但这个临时对象的生命周期并没有在右值重载函数结束时立即结束。
• 在C++规则中，临时对象被绑定到函数参数的右值引用时，它的生命周期会延长到包含该函数调用的完整表达式结束。不过这里更关键的是：你在右值重载里调用了左值重载的fn_x_3(fn)，此时fn作为左值引用，指向的是那个临时的std::function对象。
• 但真正让测试结果“正常”的核心是运气（未定义行为）：那个临时的std::function对象（由Lambda隐式转换而来）在main函数的auto fn = fn_x_3(...)这个表达式结束后才会销毁。而你在表达式结束前就调用了fn(2)，此时临时对象还处于生命周期内，所以引用有效。但如果把fn(2)的调用放到表达式结束之后，或者编译器优化策略不同，就极大概率会触发悬空引用，导致程序崩溃或出现不可预测的结果。
• 总结：你当前的测试结果只是巧合，这段代码本身存在严重的未定义行为，绝对不能依赖这个逻辑编写生产代码。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Niklas Vest