Google C++每周貼士 #166: 你不是真正的複制

（原文連結：https://abseil.io/tips/166 譯者：[email protected]）

每周貼士 #166: 你不是真正的複制

• 最初釋出于：2019-08-28
• 作者：Richard Smith
• 更新于：2020-04-06
• 短連結：abseil.io/tips/166

Entia non sunt multiplicanda praeter necessitatem." (“Entities should not be multiplied without necessity”) – William of Ockham

如無必要，勿增實體——奧卡姆

If you don’t know where you’re going, you’re probably going wrong.” – Terry Pratchett

如果你不知道要去哪兒，那你可能是走錯了——特裡·普拉切特

概述

從C++17開始，對象會盡可能在“原地”被建立。

class BigExpensiveThing {
 public:
  static BigExpensiveThing Make() {
    // ...
    return BigExpensiveThing();
  }
  // ...
 private:
  BigExpensiveThing();
  std::array<OtherThing, 12345> data_;
};

BigExpensiveThing MakeAThing() {
  return BigExpensiveThing::Make();
}

void UseTheThing() {
  BigExpensiveThing thing = MakeAThing();
  // ...
}
           

這段代碼複制或移動了

BigExpensiveThing

多少次？

在C++17以前，答案是最多三次：每個

return

語句一次，還有一次是在初始化

thing

的時候。這有點道理：每個函數都有可能把

BigExpensiveThing

放到不同的地方，是以也許需要一次移動，來把值放到最終調用者需要的地方。然而在實踐中，對象總是“原地”構造在變量

thing

裡，沒有發生任何移動，而且C++語言允許這些移動操作被“省略”，以促成此優化。

在C++17裡，這段代碼保證零次複制或移動。實際上，就算

BigExpensiveThing

是不可移動的，上述代碼仍然是合法的。

BigExpensiveThing::Make

中的構造函數調用，直接在

UseTheThing

裡構造本地變量

thing

。

是以發生了什麼？

當編譯器看到形如

BigExpensiveThing()

的表達式的時候，它并不會馬上建立一個臨時對象。取而代之的是，它把這個表達式當做構造某個最終對象的施工圖，然後把建立（正式地說，“實作”）臨時對象的操作推遲得越長越好。

一般情況下，建立對象會被一直推遲，直到對象被取名。該命名對象（上面例子中的

thing

）是直接被運作初始化器所得到的施工圖所初始化的。如果該名字是一個引用，那麼一個臨時對象會被實作出來以承載該值。

結果就是，對象在正确的位置被直接構造，而不是在别處構造再複制過來。該行為有時被稱作“保證執行的複制省略”，但那是不準确的：從來就沒有過複制。

你需要知道的就是：對象在被首次被取名前不會被複制。以值傳回沒有額外代價。

（就算是被取名以後，函數本地變量被傳回時也不會被複制，因為有命名傳回值優化。詳情請參考Tip 11。）

繁瑣細節：匿名對象何時被複制

在兩個邊緣情況下，使用匿名對象還是會導緻複制：

• 構造基類：在基類構造函數初始化清單中，即使是以基類類型的未命名表達式來構造，還是會發生複制。這是因為類型作為基類時，可能有稍微不同的布局和表現（因為虛基類和虛函數指針值），是以直接初始化基類也許不會得到正确的表現。

  class DerivedThing : public BigExpensiveThing {
  public:
    DerivedThing() : BigExpensiveThing(MakeAThing()) {}  // 可能複制data_
  };
             

• 傳遞或傳回小而簡單的對象：如果一個足夠小且可以平凡複制（trivially copyable）的對象，被傳遞進或傳回出函數，那麼它可能會被傳遞進寄存器，是以在傳遞前後可能會有不同的位址。

  struct Strange {
    int n;
    int *p = &n;
  };
  void f(Strange s) {
    CHECK(s.p == &s.n);  // 可能炸鍋
  }
  void g() { f(Strange{0}); }
             

繁瑣細節：值類别

C++中有兩種風格的表達式：

• 得到一個值，例如

  1

  ，或

  MakeAThing()

  ——你可能會認為擁有非引用類型的表達式。
• 得到一個指向存在的對象的位置，例如

  s

  或

  thing.data_[5]

  ——你可能會認為擁有引用類型的表達式。

這個分割被稱為“值類别”；前者是 純右值（prvalues） 而後者是 泛左值（glvalues）。當我們前面探讨匿名對象的時候，我們實際上指的是純右值表達式。

所有的純右值表達式都在決定值存儲位置的上下文中被求值，而純右值表達式的執行過程則被用以在該位置初始化該值。

例如，在

中，純右值表達式

MakeAThing()

作為變量

thing

的初始化器被求值，是以

MakeAThing()

會直接初始化

thing

。構造函數把指向

thing

的指針傳遞給

MakeAThing()

，然後

MakeAThing()

中的

return

語句初始化該指針指向的玩意兒。相似地，在

中，編譯器有個指針指向待初始化的對象，并且直接調用

BigExpensiveThing

的構造函數來初始化該對象。

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