为啥在按值返回时总是调用复制构造函数

Posted 2023-02-16

【中文标题】为啥在按值返回时总是调用复制构造函数

【英文标题】：why copy constructor is always called when return by value为什么在按值返回时总是调用复制构造函数

【发布时间】：2016-02-01 12:34:12

【问题描述】：

当一个函数按值返回一个对象时，它会调用复制构造函数来创建一个临时对象（除非应用了 RVO）。该临时文件将在使用后被销毁，例如

MyClass function_return_by_value(MyClass par)

    return par;

MyClass b;
MyClass a = function_return_by_value(b);  // (1)

但是，如果根本不使用它，为什么我们需要创建这样一个临时文件呢？例如，为什么下面的代码没有被编译器“优化”以跳过临时创建和销毁？

MyClass b;
function_return_by_value(b);  // (2)

在（1）中，返回值被分配给另一个变量，RVO 很可能适用。但是在（2）中，没有任何东西可以接收返回值，为什么没有进行优化呢？我已经尝试过 gcc 4.8.4 和 vc++ 2015，MyClass 的复制构造函数在两个编译器中都为 (2) 调用了两次。为什么编译器制造商都决定制作一个临时文件然后销毁它，即使临时文件根本没有使用？他们为什么不能避免这种情况？

【问题讨论】：

取决于您的复制构造函数中调用的副作用。

您需要将par 带到const MyClass& 以防止第二次复制。

谢谢@PSkocik，但我认为你应该先阅读我的问题。

@πάνταῥεῖ 可能的副作用是什么？谢谢

作为编译器，我猜你不会事先知道要调用的函数的所有上下文。因此，在翻译时，如果缺少更多信息，请假设最坏的情况。因此，即使对于 (2)。 （但不知道标准会说/允许什么）

【参考方案1】：

当 RVO 删除副本时，编译器可以删除副本的副作用（这本身就颇具争议），但是优化编译器不能简单地从程序中删除对象的整个存在，因为只要构建和/或破坏它有副作用。

这将允许以下程序不输出任何内容，这显然是错误的：

#include <iostream>

struct A

   A()  std::cout << "Booyah\n"; 
;

int main()

   A a;

【参考方案2】：

我已经尝试过 gcc 4.8.4 和 vc++ 2015，MyClass 的复制构造函数在两个编译器中都为 (2) 调用了两次。

因为它应该是这样工作的！

真的，对于您希望对其进行优化的情况，C++ 中有引用机制；在你的情况下，它不能被优化掉，因为“我检查过”意味着你依赖于构造函数的副作用来向你展示它被调用了；编译器应该如何知道您在功能上不需要这种副作用？

【讨论】：

请注意，由于复制省略（包括 RVO/NRVO），无论如何都不能依赖构造函数和析构函数的副作用。在复制省略中描述的情况下，允许编译器不调用构造函数或析构函数，即使它们具有可观察到的副作用。

【参考方案3】：

您抱怨的副本不是从函数返回值到分配给它的变量的副本。它是创建返回值，因为您命令它是函数参数的副本。考虑下面的代码：

#include <iostream>

class Krowa

public:
        Krowa() std::cout << "Default krowa\n";
        Krowa(Krowa const &) std::cout << "Copied Krowa\n";
;

Krowa fun1(Krowa const & krowa)

        return krowa;


Krowa fun2()

        return Krowa;


int main()

        fun1(Krowa);
        fun2();
        return 0;

输出是

默认krowa 复制的 Krowa 默认krowa

fun1返回值是参数的副本，所以调用了复制构造函数。 fun2返回值是一个默认构造对象，所以调用了默认constructr。

【参考方案4】：

构造对象的函数和不构造对象的函数是两个不同的函数。当编译器编译一个函数时，它不知道该函数将如何被调用。它怎么知道它应该编译哪个版本？一个会构建还是一个不会？

现在，让我们假设编译器确实知道在同一个翻译单元中，从不使用返回值。可以想象，编译器然后可以优化函数以从不构造对象。但是，如果稍后在另一个编译单元中调用该函数并使用结果 怎么办？该函数的优化版本将不起作用，因为它不返回任何内容！

好的，如果编译器总是编译所有返回值的函数的两个版本，并且在使用返回值时选择一个，而在不使用返回值时选择另一个。好吧，编译器仍然不允许这样做，因为对象的构造函数和析构函数可能有副作用，并且这些副作用不能简单地消失（复制省略允许这样做，但这是一种特殊情况，不适用于此处)。

好的，假设编译函数时对象的构造函数和析构函数是可见的。然后，如果编译器可以证明没有副作用，那么理论上它可以应用上面讨论的优化。鉴于这种优化发生的严格要求（可见 c'tor 和 d'tor 没有副作用）和不利影响（所有返回值函数的两个版本会增加编译时间并可能增加二进制大小），我对此表示怀疑已经认真考虑过优化类型。

不过，您可以手动进行此优化。简单的把构造和返回对象的函数部分和有副作用的函数部分分开：

void function_that_has_side_effects(const MyClass& par):

MyClass function_return_by_value(MyClass par)

    function_that_has_side_effects(par);
    return par;

现在，如果您想要副作用，但不需要返回值，只需调用 function_that_has_side_effects。

MyClass b;
function_that_has_side_effects(b);  // (2)