Google C++每周贴士 #166: 你不是真正的复制

（原文链接：https://abseil.io/tips/166 译者：[email protected]）

每周贴士 #166: 你不是真正的复制

• 最初发布于：2019-08-28
• 作者：Richard Smith
• 更新于：2020-04-06
• 短链接：abseil.io/tips/166

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

如无必要，勿增实体——奥卡姆

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儿，那你可能是走错了——特里·普拉切特

概述

从C++17开始，对象会尽可能在“原地”被创建。

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();
  // ...
}
           

这段代码复制或移动了

BigExpensiveThing

多少次？

在C++17以前，答案是最多三次：每个

return

语句一次，还有一次是在初始化

thing

的时候。这有点道理：每个函数都有可能把

BigExpensiveThing

放到不同的地方，所以也许需要一次移动，来把值放到最终调用者需要的地方。然而在实践中，对象总是“原地”构造在变量

thing

里，没有发生任何移动，而且C++语言允许这些移动操作被“省略”，以促成此优化。

在C++17里，这段代码保证零次复制或移动。实际上，就算

BigExpensiveThing

是不可移动的，上述代码仍然是合法的。

BigExpensiveThing::Make

中的构造函数调用，直接在

UseTheThing

里构造本地变量

thing

。

所以发生了什么？

当编译器看到形如

BigExpensiveThing()

的表达式的时候，它并不会马上创建一个临时对象。取而代之的是，它把这个表达式当做构造某个最终对象的施工图，然后把创建（正式地说，“实现”）临时对象的操作推迟得越长越好。

一般情况下，创建对象会被一直推迟，直到对象被取名。该命名对象（上面例子中的

thing

）是直接被运行初始化器所得到的施工图所初始化的。如果该名字是一个引用，那么一个临时对象会被实现出来以承载该值。

结果就是，对象在正确的位置被直接构造，而不是在别处构造再复制过来。该行为有时被称作“保证执行的复制省略”，但那是不准确的：从来就没有过复制。

你需要知道的就是：对象在被首次被取名前不会被复制。以值返回没有额外代价。

（就算是被取名以后，函数本地变量被返回时也不会被复制，因为有命名返回值优化。详情请参考Tip 11。）

繁琐细节：匿名对象何时被复制

在两个边缘情况下，使用匿名对象还是会导致复制：

• 构造基类：在基类构造函数初始化列表中，即使是以基类类型的未命名表达式来构造，还是会发生复制。这是因为类型作为基类时，可能有稍微不同的布局和表现（因为虚基类和虚函数指针值），所以直接初始化基类也许不会得到正确的表现。

  class DerivedThing : public BigExpensiveThing {
  public:
    DerivedThing() : BigExpensiveThing(MakeAThing()) {}  // 可能复制data_
  };
             

• 传递或返回小而简单的对象：如果一个足够小且可以平凡复制（trivially copyable）的对象，被传递进或返回出函数，那么它可能会被传递进寄存器，因此在传递前后可能会有不同的地址。

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

繁琐细节：值类别

C++中有两种风格的表达式：

• 得到一个值，例如

  1

  ，或

  MakeAThing()

  ——你可能会认为拥有非引用类型的表达式。
• 得到一个指向存在的对象的位置，例如

  s

  或

  thing.data_[5]

  ——你可能会认为拥有引用类型的表达式。

这个分割被称为“值类别”；前者是 纯右值（prvalues） 而后者是 泛左值（glvalues）。当我们前面探讨匿名对象的时候，我们实际上指的是纯右值表达式。

所有的纯右值表达式都在决定值存储位置的上下文中被求值，而纯右值表达式的执行过程则被用以在该位置初始化该值。

例如，在

中，纯右值表达式

MakeAThing()

作为变量

thing

的初始化器被求值，所以

MakeAThing()

会直接初始化

thing

。构造函数把指向

thing

的指针传递给

MakeAThing()

，然后

MakeAThing()

中的

return

语句初始化该指针指向的玩意儿。相似地，在

中，编译器有个指针指向待初始化的对象，并且直接调用

BigExpensiveThing

的构造函数来初始化该对象。

相关阅读

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