C++ copy elision
环境
gcc version 9.4.0
c++14
示例代码
//test.cpp
#include <iostream>
class Test {public:Test() {std::cout << "Test Constructor..." << std::endl;}Test(const Test &other) {std::cout << "Test Copy Constructor..." << std::endl;}
};Test getTest() {Test t;return std::move(t);
}
int main() {Test t = getTest();return 0;
}
编译错误
编译选项为 -Werror
- 编译指令
g++ test.cpp -o test -Werror
- 报错如下：
test.cpp:766:19: error: moving a local object in a return statement prevents copy elision [-Werror=pessimizing-move]766 | return std::move(t);| ~~~~~~~~~^~~
test.cpp:766:19: note: remove ‘std::move’ call
cc1plus: all warnings being treated as errors
不指定 -Werror 编译选项
- 编译指令
g++ test.cpp -o test
- 报错如下：
xx.cpp:761:19: warning: moving a local object in a return statement prevents copy elision [-Wpessimizing-move]761 | return std::move(t);| ~~~~~~~~~^~~
xx.cpp:761:19: note: remove ‘std::move’ call
报错解释
错误(警告)：返回语句中使用std::move移动一个本地对象，会阻止copy elision优化。
提示：移除 ‘std::move’ 调用
解决办法
就如编译器提示的，在函数中返回一个本地对象时，直接返回即可，不要加上std::move。
深入理解copy elision
RVO 和NRVO
在C++17之前，标准并没有规定copy elision，编译器帮我们实现copy elision
在C++17及之后，标准从编译器借取经验，实现了copy elision。并规定RVO(return value optimization)必须要用copy elision，而NRVO(named return value optimization)则可以不用(由编译器决定)。
其中RVO指返回无名字的对象，NRVO正好相反表示返回有名字的对象。
Test getTest() { // RVOreturn Test();
}
Test getTest() { // NRVOTest t;return t;
}
手动禁用编译器的copy elision
编译时，通过编译选项-fno-elide-constructors告诉编译器不要帮我们 copy elision。
测试：C++14中copy elision
NROV
- 代码
Test getTest() { // NRVOTest t;return t;
}
编译器参与copy elision
- 编译
g++ test.cpp -o test -std=c++14
- 运行
Test Constructor...
- 现象
按照正常的程序执行流程，getTest函数在返回时执行一次拷贝构造函数，在main函数中将getTest的返回值赋值给 t 时再执行一次拷贝构造函数。
期待的运行结果应该是调用一次构造函数，两次拷贝构造函数，即：
Test Constructor...
Test Copy Constructor...
Test Copy Constructor...
但通过上面测试我们发现，程序只调用了一次构造函数，并没有调用拷贝构造函数。这是由于编译器默认已经进行了copy elision（就是不copy了，直接在函数调用的地方执行构造）。
这是一种非常高效的编译器优化，帮助我们省了两次拷贝构造操作。
编译器不参与copy elision
- 编译
g++ test.cpp -o test -std=c++14 -fno-elide-constructors
- 运行
Test Constructor...
Test Copy Constructor...
Test Copy Constructor...
- 现象
正如前面期待的，程序进行了两次拷贝构造函数的调用。
ROV
- 代码
Test getTest() { // RVOreturn Test();
}
编译器参与copy elision
- 编译
g++ test.cpp -o test -std=c++14
- 运行
Test Constructor...
编译器不参与copy elision
- 编译
g++ test.cpp -o test -std=c++14 -fno-elide-constructors
- 运行
Test Constructor...
Test Copy Constructor...
Test Copy Constructor...
小结
在C++14中，无论是RVO还是NRVO，copy elision都是由编译器实现的。
测试：C++17中copy elision
NRVO
- 代码
Test getTest() { // NRVOTest t;return t;
}
编译器参与copy elision
- 编译
g++ test.cpp -o test -std=c++17
- 运行
Test Constructor...
编译器不参与copy elision
g++ test.cpp -o test -std=c++17 -fno-elide-constructors
- 运行
Test Constructor...
Test Copy Constructor...
RVO
- 代码
Test getTest() { // RVOreturn Test();
}
编译器参与copy elision
- 编译
g++ test.cpp -o test -std=c++17
- 运行
Test Constructor...
编译器不参与copy elision
g++ test.cpp -o test -std=c++17 -fno-elide-constructors
- 运行
Test Constructor...
小结
在C++17中，标准实现了copy elision，编译器终于可以退居二线。
在返回RVO临时对象时，必须采用copy elision，不能调用其拷贝构造函数，前面测试可以看出无论是否禁用编译器的copy elistion功能，程序都不会调用拷贝构造函数。
但在返回NRVO临时对象时，C++好像有些偷懒，不像编译器会把所有的拷贝构造函数copy elision掉，只copy elision掉了一次。
那么NRVO情况下，究竟copy elision掉的是哪次的拷贝构造函数？下面通过测试来一探究竟：
NRVO copy elision探究
我们去掉最后一次拷贝构造，即在函数返回临时对象时，我们不接收。
- 代码
Test getTest() {Test t;return std::move(t);
}
int main() {getTest();return 0;
}
- C++17编译
g++ test.cpp -o test -std=c++17 -fno-elide-constructors
- 运行
Test Constructor...
Test Copy Constructor...
- 现象
我们发现运行结果与代码修改前一致。 - 结论
C++17 copy elision掉的就是最后一次拷贝构造函数，即将函数返回的临时对象拷贝到主函数临时对象的这一次。
因此在，NRVO情况下，在将临时对象进行返回前还是会进行一次复制，只在将复制后的对象用来构造主函数的临时对象时才采用copy elision。
既然编译器会帮我们copy elision，那么是不是就可以删除掉拷贝构造函数？
测试NRVO，删除掉拷贝构造函数
- 代码
//test.cpp
#include <iostream>
class Test {public:Test() {std::cout << "Test Constructor..." << std::endl;}Test(const Test &other) = delete;
};Test getTest() {Test t;return t;
}
int main() {Test t = getTest();return 0;
}
- 编译运行 C++17
david@DESKTOP-J901GTO:~$ g++ test.cpp -o test -std=c++17
test.cpp: In function ‘Test getTest()’:
test.cpp:21:10: error: use of deleted function ‘Test::Test(const Test&)’21 | return t;| ^
test.cpp:10:5: note: declared here10 | Test(const Test &other) = delete;| ^~~~
- 编译运行 C++14
david@DESKTOP-J901GTO:~$ g++ test.cpp -o test -std=c++14
test.cpp: In function ‘Test getTest()’:
test.cpp:20:18: error: use of deleted function ‘Test::Test(const Test&)’20 | Test t; return t;| ^
test.cpp:10:5: note: declared here10 | Test(const Test &other) = delete;| ^~~~
- 现象
编译报错，这是NRVO情况下，那么在RVO情况下呢
测试RVO，删除掉拷贝构造函数
将上面代码改为RVO
- 代码
Test getTest() {return Test();
}
- 编译运行 C++17
david@DESKTOP-J901GTO:~$ g++ test.cpp -o test -std=c++17
david@DESKTOP-J901GTO:~$ ./test
Test Constructor...
- 编译运行 C++14
david@DESKTOP-J901GTO:~$ g++ test.cpp -o test -std=c++14
test.cpp: In function ‘Test getTest()’:
test.cpp:21:15: error: use of deleted function ‘Test::Test(const Test&)’21 | return Test();| ^
test.cpp:10:5: note: declared here10 | Test(const Test &other) = delete;| ^~~~
结论
针对RVO情况，如果在C++17及以上，可以删除拷贝构造函数。
其它所有情况，不能删除拷贝构造函数。
