省略复制及移动 (C++11 起)构造函数,导致零复制的按值传递语义。
解释
#### 强制的复制/移动操作消除 下列环境下,要求编译器省略类对象的复制和移动构造,即使复制/移动构造函数和析构函数拥有可观察副作用。直接将对象构造到它们本来要复制/移动到的存储中。复制/移动构造函数不必存在或可访问: - 在 return 语句中,当操作数为与函数返回类型为同一类类型的纯右值(忽略 cv 限定)时:
- 返回类型的析构函数必须在 return 语句位置可访问且未被删除,即使无待销毁的 T 对象。 - 在对象的初始化中,当初始化器表达式为与变量类型为同一类类型的纯右值(忽略 cv 限定)时:
- 这仅能在已知待初始化对象不是潜在重叠的子对象时应用:
注意:上述规则并不指定优化:针对纯右值和临时量的 C++17 核心语言规定本质上不同于之前的 C++ 版本:不再有用以复制/移动的临时量。描述 C++17 语义的另一种方式是“传递未实质化的值”:返回并使用纯右值时不实质化临时量。 | (C++17 起) |
非强制的复制/移动 (C++11 起)操作消除
下列环境下,容许但不要求编译器省略类对象的复制和移动 (C++11 起)构造,即使复制/移动 (C++11 起)构造函数和析构函数拥有可观察副作用。直接将对象构造到它们本来要复制/移动到的存储中。这是一项优化:即使进行了优化而不调用复制/移动 (C++11 起)构造函数,它仍然必须存在且可访问(如同完全未发生优化),否则程序非良构:
- return 语句中,当操作数是拥有自动存储期的非 volatile 对象的名字,其并非函数形参或 catch 子句形参,且其具有与函数返回类型相同的类类型(忽略 cv 限定)时。这种复制消除的变体被称为 NRVO,“具名返回值优化 (named return value optimization)”。
- 在对象的初始化中,当源对象是无名临时量且与目标对象具有相同类型(忽略 cv 限定)时。当无名临时量为 return 语句的操作数时,称这种复制消除的变体为 RVO,“返回值优化 (return value optimization)”。 | (C++17 前) |
返回值优化是强制要求的,而不再被当做复制消除;见上文。 | (C++17 起) |
- throw 表达式中,当操作数是具有自动存储期的非 volatile 对象的名字,其并非函数形参或 catch 子句形参,且其作用域不延伸超过最内层的 try 块(若有 try 块)时。 - catch 子句中,当实参与抛出的异常对象具有相同类型(忽略 cv 限定)时,省略异常对象的复制,而该 catch 子句体直接访问该异常对象,如同按引用捕获它一样(不可能从异常对象移动,因为它始终是左值)。如果这种复制消除会因为除了跳过该 catch 子句形参的复制构造函数和析构函数之外的任何原因,导致程序的可观察行为发生改变,则它被禁止(例如,当修改了 catch 子句的实参,并以 throw 重新抛出异常对象时)。 | (C++11 起) |
- 在协程中,可以消除将形参向协程状态内的复制/移动,只要除了对形参的构造函数与析构函数的调用被忽略以外,不改变程序的行为即可。若在暂停点后始终不使用形参,或者整个协程状态本就始终不在堆上分配,则可出现此情形。 | (C++20 起) |
进行复制消除时,实现将被省略的复制/移动 (C++11 起)操作的源和目标,单纯地当做指代同一对象的两种不同方式,而该对象的销毁,发生于假如不进行优化时两个对象本应被析构的时机的较迟者(但若被选择的构造函数的形参是对象类型的右值引用,则其销毁发生于目标对象本应被销毁时) (C++17 起)。
可以连锁多次复制消除,以消除多次复制。
- 在常量表达式和常量初始化中,保证进行返回值优化(RVO),但禁止具名返回值优化(NRVO):
| (C++14 起) |
注解
复制消除是允许改变可观察副作用的唯一得到允许的优化形式 (C++14 前)两种允许的优化形式之一,另一种是分配消除与扩展 (C++14 起)。因为一些编译器并不在所有允许的场合中进行复制消除(例如 debug 模式下),依赖于复制/移动构造函数和析构函数的副作用的程序是不可移植的。
在 return 语句或 throw 表达式中,若编译器不能进行复制消除,但满足或本应满足复制消除的条件(不含源是函数形参的情况),即使对象由左值代表,编译器也将尝试使用移动构造函数;细节见 return 语句。 | (C++11 起) |
示例
运行此代码
- #include <iostream>
- #include <vector>
- struct Noisy {
- Noisy() { std::cout << "constructed\n"; }
- Noisy(const Noisy&) { std::cout << "copy-constructed\n"; }
- Noisy(Noisy&&) { std::cout << "move-constructed\n"; }
- ~Noisy() { std::cout << "destructed\n"; }
- };
- std::vector<Noisy> f() {
- std::vector<Noisy> v = std::vector<Noisy>(3); // 从临时量 (C++17 前)
- // 从纯右值 (C++17 起)
- // 初始化 v 中的复制消除
- return v; // 从 v 到结果对象的 NRVO(C++17 中仍不保证)
- } // 若禁用优化,则调用移动构造函数
- void g(std::vector<Noisy> arg) {
- std::cout << "arg.size() = " << arg.size() << '\n';
- }
- int main() {
- std::vector<Noisy> v = f(); // 从 f() 返回的临时量 (C++17 前)
- // 从纯右值 f() (C++17 起)
- // 初始化 v 中的复制消除
- g(f()); // 从 f() 返回的临时量 (C++17 前)
- // 从纯右值 f() (C++17 起)
- // 初始化 g() 的形参中的复制消除
- }
可能的输出:
- constructed
- constructed
- constructed
- constructed
- constructed
- constructed
- arg.size() = 3
- destructed
- destructed
- destructed
- destructed
- destructed
- destructed
缺陷报告
下列更改行为的缺陷报告追溯地应用于以前出版的 C++ 标准。
DR | 应用于 | 出版时的行为 | 正确行为 |
---|---|---|---|
CWG 2022 | C++14 | 常量表达式中复制消除曾为可选 | 强制复制消除 |
CWG 2278 | C++14 | 曾在常量表达式中强制 NRVO | 在常量表达式中禁止 NRVO |
CWG 2426 | C++17 | 返回纯右值时不要求析构函数 | 潜在调用析构函数 |
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