C++20中使用std::bit_cast创建闭包(lambda)对象是否合法？

核心结论 #

该程序语法上符合C++标准的良构要求，编译器无需输出任何诊断信息，但它的运行行为是未定义行为，这种通过std::bit_cast手动构造lambda闭包的方式不具备标准层面的合法性，不可在生产环境中依赖。

编译通过的原因 #

std::bit_cast的合法使用需要满足两个强制要求：

• 源类型和目标类型都必须是*可平凡复制（TriviallyCopyable）*类型
• 源类型和目标类型的大小完全相等
  示例中的lambda仅捕获了一个A*指针，由于指针是可平凡复制类型，该闭包的默认拷贝/移动构造、赋值运算符、析构函数都是平凡实现，因此闭包类型本身满足可平凡复制的要求。在当前主流编译器的实现中，仅捕获单个指针的闭包大小和指针大小完全一致，因此std::bit_cast调用满足所有语法层面的要求，编译可以正常通过。

未定义行为的根源 #

C++标准从未对lambda闭包的内存布局做出任何强制性约定：

• 标准没有规定捕获的成员在闭包内部的存储顺序、偏移量
• 标准没有禁止闭包类型在捕获成员之外添加任何隐含的额外字段
• 标准没有保证仅捕获一个指针的闭包大小等于指针的大小
  你现在看到的运行结果完全依赖于当前编译器的非标准实现约定：仅捕获单个指针的lambda会将该指针作为唯一的成员存储在偏移为0的位置，没有额外字段，大小和指针完全一致。这种约定没有任何标准背书，只要编译器调整闭包布局（比如加入调试标识、类型信息字段等），程序的运行结果就会完全不可预期，甚至直接崩溃。
  即使当前编译器实现符合你的预期，这种写法也属于标准未定义的范畴，没有任何合法性。

正确替代方案 #

如果需要绕开getter()的异常限制构造对应的可调用对象，正确的做法是显式定义可公开构造的自定义函数对象替代lambda，保证内存布局完全可控，不要使用这种hack实现。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Fedor