c++類臨時對象、複制構造函數、析構函數 VS2017 與gcc 編譯器對比

在看《C和C++程式員面試秘籍》的時候，看到第6章28與29條，有些疑惑：

• 作者說函數調用時，參數傳遞進來，以及傳回時，都會構造臨時對象。

  也就是說，會有兩個臨時對象被建立，一個是在參數傳遞進來的時候，一個是在傳回的時候。

先說實驗結論：

• 書中的代碼在 VS2017中實測沒有問題，輸出結果完全一緻；
• 但在 GCC 下，代碼有問題，輸出結果有一些不一緻（即：g++ 編譯器在函數傳回時，不一定建立臨時變量；且不接受臨時建構的類對象作為複制構造函數的實參）。

表述的可能不嚴謹，實驗如下：

先寫一個用來測試的類，其所有的構造函數，指派operator等，隻做基本的資料指派，和輸出資訊：

myclass.h

内容：

#ifndef _MY_CLASS_
#define _MY_CLASS_

#include <iostream>
#include <string>
namespace myclass {

class A {
public:
  // 預設構造函數
  A() : data_(), name_("default") {
    count_++;
    std::cout << "default constructor, data: " << data_ << ", name: " << name_
              << ", count: " << count_ << std::endl;
  }
  // 含參構造函數
  A(int data, std::string name = "default") : data_(data), name_(name) {
    count_++;
    std::cout << "param constructor, data: " << data_ << ", name: " << name_
              << ", count: " << count_ << std::endl;
  }
  // 複制構造函數
  A(A &other) {
    count_++;
    data_ = other.data_;
    name_ = other.name_ + "_copy";
    std::cout << "copy constructor, data: " << data_ << ", name: " << name_
              << ", count: " << count_ << std::endl;
  }

  // 下面是右值複制構造函數，沒有這個函數，面試題28在 g++ 編譯器下無法編譯通過，會輸出如下錯誤資訊：
  // error: invalid initialization of non-const reference of type 'myclass::A&' from an rvalue of type 'myclass::A'
  //   A t1 = Play(5);
  // 意思是臨時類對象（右值）無法用來初始化類的左值引用（即：A&）
  // 但在VS2017下，沒有這個右值複制構造函數，是可以編譯通過的，會調用上面定義的複制構造函數

  A(A &&other) {
    count_++;
    data_ = other.data_;
    name_ = other.name_ + "_copy";
    std::cout << "copy [rvalue] constructor, data: " << data_
              << ", name: " << name_ << ", count: " << count_ << std::endl;
  }

  A &operator=(const A &a);

  // name_ setter and getter
  const std::string &name() { return name_; }
  void set_name(const std::string &name) { name_ = name; }
  // destructor
  virtual ~A() {
    std::cout << "destructor, data: " << data_ << ", name: " << name_
              << ", count: " << count_ << std::endl;
  }

  static int count_;

private:
  int data_;
  std::string name_;
};

int A::count_ = ;

A &A::operator=(const A &a) {
  std::cout << "operator = function, before assignment data: " << data_
            << ", name:" << name_ << std::endl;
  if (this == &a) {
    std::cout << "                   afeter assignment[same obj] data: "
              << data_ << ", name:" << name_ << std::endl;
    return *this;
  }

  data_ = a.data_;
  name_ = a.name_;
  std::cout << "                     afeter assignment data: " << data_
            << ", name:" << name_ << std::endl;
  return *this;
}

} // namespace myclass

#endif
           

類

A

裡面的資料隻有一個

data_

和一個

name_

，和一個靜态變量

count_

, 它們主要用來輸出的時候檢視是哪一個類被建立和析構。

面試題28：

主函數（

main_28.cpp

）：

#include <iostream>
#include <string>
#include "myclass.h"

using namespace std;
using namespace myclass;

A Play(A a) { return a; }

int main(int argc, char *argv[]) {
  A t1 = Play();
  cout << "t1.name = " << t1.name() << endl;
  t1.set_name("t1");

  A t2 = Play(t1);
  cout << "t2.name = " << t2.name() << endl;
  t2.set_name("t2");

  return ;
}
           

運作結果如下：

• VS2017 輸出

param constructor, data: 5, name: default, count: 1

copy [rvalue] constructor, data: 5, name: default_copy, count: 2

destructor, data: 5, name: default, count: 2

t1.name = default_copy

copy constructor, data: 5, name: t1_copy, count: 3

copy [rvalue] constructor, data: 5, name: t1_copy_copy, count: 4

destructor, data: 5, name: t1_copy, count: 4

t2.name = t1_copy_copy

destructor, data: 5, name: t2, count: 4

destructor, data: 5, name: t1, count: 4

• g++ 6.2.0 輸出:

  param constructor, data: 5, name: default, count: 1

  copy [rvalue] constructor, data: 5, name: default_copy, count: 2

  destructor, data: 5, name: default, count: 2

  t1.name = default_copy

  copy constructor, data: 5, name: t1_copy, count: 3

  copy [rvalue] constructor, data: 5, name: t1_copy_copy, count: 4

  destructor, data: 5, name: t1_copy, count: 4

  t2.name = t1_copy_copy

  destructor, data: 5, name: t2, count: 4

  destructor, data: 5, name: t1, count: 4

可以看到，結果完全一樣。

其中，第2行輸出說明：臨時變量在傳入Play() 函數時，确實利用copy構造函數構造了臨時類對象（name:

default_copy

）,但是在函數傳回時，并沒有構造另一個臨時變量

default_copy_copy

（也就是說這次函數調用，隻有在參數傳入時，有臨時變量生成，函數傳回并沒有生成另一個臨時變量）。用t1指派給t2時，也是如此。

面試題29：

我們再看面試題29，情況就不一樣了，在函數傳回時，VS2017确實生成了一個臨時類對象，而g++依然沒有生成。

主函數（

main_29.cpp

）：

#include <iostream>
#include "myclass.h"

using namespace std;
using namespace myclass;

A fun() {
  A a;
  return a;
}

int main(int argc, char *argv[]) {
  {
    A a();
    a = fun();
  }
  return ;
}
           

• VS2017 輸出

  param constructor, data: 5, name: default, count: 1

  default constructor, data: 0, name: default, count: 2

  copy [rvalue] constructor, data: 0, name: default_copy, count: 3

  destructor, data: 0, name: default, count: 3

  operator = function, before assignment data: 5, name:default

  afeter assignment data: 0, name:default_copy

  destructor, data: 0, name: default_copy, count: 3

  destructor, data: 0, name: default_copy, count: 3

• g++ 6.2.0 輸出:

  param constructor, data: 5, name: default, count: 1

  default constructor, data: 0, name: default, count: 2

  operator = function, before assignment data: 5, name:default

  afeter assignment data: 0, name:default

  destructor, data: 0, name: default, count: 2

  destructor, data: 0, name: default, count: 2

從VS2017 的第3-4行輸出可以看到，VS2017在函數

fun()

傳回時構造了臨時變量

default_copy

， 而 g++ 編譯器并沒有，還是挺有意思的。

總結一下：

在這個實驗裡，g++編譯器 在函數調用結束後，并沒有生成類的臨時拷貝用來傳回；而VS2017有時候生成，有時候不生成。

• 猜想：當 return 的變量本身就是臨時變量（即右值）

  A

  時，不再生成臨時變量

  B

  ，而是直接将

  A

  傳回；如果 return 的變量為左值，則函數調用傳回時将其copy，生成的臨時變量并傳回。