将捕获变量的lambda存入std::function产生额外拷贝如何解决？

额外拷贝产生的原理 #

修改后版本的2次拷贝来源 #

1. 第一次拷贝是预期内的行为：foo函数中按值捕获const Test& t时，将入参t拷贝到lambda的成员变量中。
2. 第二次拷贝来自std::function的构造过程：你将捕获了Test实例的lambda传递给queue的std::function<void()>形参时，std::function需要将lambda存储到自身的内部存储空间。由于你的Test类没有为移动构造函数标注noexcept，为了保证异常安全，std::function会选择拷贝lambda对象，连带拷贝lambda内部存储的Test成员，这就是多出来的额外拷贝。

最初模板版本多1次拷贝的原因 #

最初的模板版queue将lambda完美转发给std::function构造时，会额外触发一次lambda的拷贝：第一次是lambda捕获时的拷贝，第二次是构造临时std::function时的拷贝，第三次是把临时std::function赋值给全局queueFunction时的拷贝。修改为值传递std::function后，赋值阶段改为移动std::function（std::function的移动操作仅转移内部指针，不会拷贝存储的对象），所以减少了一次拷贝。

核心约束 #

std::function的类型擦除机制要求存储的可调用对象必须满足可拷贝构造的要求，哪怕你从未拷贝过这个std::function实例，这个静态约束依然存在。当传入的可调用对象是右值时，只要其移动构造是noexcept的，std::function会优先选择移动而不是拷贝来构造自身，不会触发内部存储对象的拷贝。

优化方案（仅保留1次拷贝） #

方案1：为Test的移动操作添加noexcept标注 #

修改Test类的移动构造和移动赋值函数，添加noexcept关键字：

Test(Test&& other) noexcept :
    _a(std::move(other._a))
{
    std::cout << "Test: Move Constructor" << std::endl;
}

Test& operator=(Test&& other) noexcept {
    if (this != &other) {
        _a = std::move(other._a);
        std::cout << "Test: Move Assignment Operator" << std::endl;
    }
    return *this;
}

修改后std::function构造时会移动lambda对象，额外的拷贝会替换为无开销的移动操作，仅保留捕获时的1次拷贝。

方案2：值传递+移动捕获（C++14及以上） #

修改foo的入参为值传递，结合C++14的lambda初始化捕获将参数移动到lambda中：

void foo(Test t) {
    std::cout << "foo()" << std::endl;
    queue([t = std::move(t)](){
       _foo(t); 
    });
}

如果调用foo时传入右值Test对象，全程没有拷贝操作，只有移动；如果传入左值Test对象，仅会在入参构造时发生1次拷贝，后续都是移动操作。

方案3：用智能指针包装 #

如果无法修改Test类的定义，可以用std::shared_ptr<Test>包装对象后捕获，只会拷贝指针，Test实例仅拷贝1次：

void foo(const Test& t) {
    std::cout << "foo()" << std::endl;
    auto pt = std::make_shared<Test>(t);
    queue([pt](){
       _foo(*pt); 
    });
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Patrick Wright