保证复制省略是如何工作的？

Question

在 2016 年 Oulu ISO C++ 标准会议上，一项名为 Guaranteed copy elision through simplified value categories 的提案被标准委员会投票通过了 C++17。

保证复制省略究竟是如何工作的？它是否涵盖了某些已经允许复制省略的情况，或者是否需要更改代码来保证复制省略？

Answer 1

在许多情况下允许复制省略。然而，即使它被允许，代码仍然必须能够像没有删除副本一样工作。也就是说，必须有一个可访问的复制和/或移动构造函数。

有保证的复制省略重新定义了一些 C++ 概念，这样在某些情况下可以省略复制/移动实际上不会引发复制/移动根本.编译器没有删除副本；该标准表示永远不会发生此类复制。

考虑这个功能：

T Func() {return T();}

根据非保证复制省略规则，这将创建一个临时文件，然后从该临时文件移动到函数的返回值中。那个移动操作可能被省略，但 T 必须仍然有一个可访问的移动构造函数，即使它从未被使用过。

相似地：

T t = Func();

这是t的复制初始化。这将使用 Func 的返回值复制初始化 t。但是，T 仍然必须有一个移动构造函数，即使它不会被调用。

保证复制省略 redefines the meaning of a prvalue expression。在 C++17 之前，纯右值是临时对象。在 C++17 中，纯右值表达式仅仅是一些可以物化暂时的，但还不是暂时的。

如果您使用纯右值来初始化纯右值类型的对象，则不会具体化任何临时对象。当您执行 return T(); 时，这会通过纯右值初始化函数的返回值。由于该函数返回T，因此不会创建临时文件； prvalue 的初始化只是直接初始化返回值。

需要理解的是，由于返回值是纯右值，所以它是不是一个对象然而。它只是一个对象的初始值设定项，就像 T() 一样。

当你做T t = Func();时，返回值的纯右值直接初始化对象t；没有“创建临时和复制/移动”阶段。因为Func()的返回值是等价于T()的纯右值，所以t直接由T()初始化，就好像你已经完成了T t = T()一样。

如果以任何其他方式使用纯右值，则纯右值将具体化一个临时对象，该对象将在该表达式中使用（如果没有表达式，则丢弃）。因此，如果您执行了 const T &rt = Func();，纯右值将实现一个临时值（使用 T() 作为初始值设定项），其引用将存储在 rt 中，连同通常的临时生命周期扩展内容。

保证省略允许您做的一件事是返回不动的对象。例如，lock_guard 无法复制或移动，因此您无法拥有按值返回它的函数。但是通过有保证的复制省略，您可以。

保证省略也适用于直接初始化：

new T(FactoryFunction());

如果FactoryFunction按值返回T，则此表达式不会将返回值复制到分配的内存中。它将改为分配内存并使用分配的内存直接作为函数调用的返回值内存。

所以按值返回的工厂函数可以直接初始化堆分配的内存，甚至都不知道。只要有这些功能在内部当然，请遵循保证复制省略的规则。他们必须返回 T 类型的纯右值。

当然，这也有效：

new auto(FactoryFunction());

如果你不喜欢写类型名。

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重要的是要认识到上述保证仅适用于纯右值。也就是说，您在返回 a 时得不到任何保证命名的多变的：

T Func()
{
   T t = ...;
   ...
   return t;
}

在这种情况下，t 必须仍然有一个可访问的复制/移动构造函数。是的，编译器可以选择优化复制/移动。但编译器仍必须验证是否存在可访问的复制/移动构造函数。

因此命名返回值优化 (NRVO) 没有任何变化。

Answer 2

我认为复制省略的细节在这里得到了很好的分享。但是，我找到了这篇文章：https://jonasdevlieghere.com/guaranteed-copy-elision，它指的是返回值优化案例中 C++17 中的保证复制省略。

它还涉及如何使用 gcc 选项：-fno-elide-constructors，可以禁用复制省略并看到我们看到 2 个复制构造函数（或 c++11 中的移动构造函数，而不是直接在目标位置调用构造函数） ) 及其相应的析构函数被调用。以下示例显示了这两种情况：

#include <iostream>
using namespace std;
class Foo {
public:
    Foo() {cout << "Foo constructed" << endl; }
    Foo(const Foo& foo) {cout << "Foo copy constructed" << endl;}
    Foo(const Foo&& foo) {cout << "Foo move constructed" << endl;}
    ~Foo() {cout << "Foo destructed" << endl;}
};

Foo fReturnValueOptimization() {
    cout << "Running: fReturnValueOptimization" << endl;
    return Foo();
}

Foo fNamedReturnValueOptimization() {
    cout << "Running: fNamedReturnValueOptimization" << endl;
    Foo foo;
    return foo;
}

int main() {
    Foo foo1 = fReturnValueOptimization();
    Foo foo2 = fNamedReturnValueOptimization();
}
vinegupt@bhoscl88-04(~/progs/cc/src)$ g++ -std=c++11 testFooCopyElision.cxx # Copy elision enabled by default
vinegupt@bhoscl88-04(~/progs/cc/src)$ ./a.out
Running: fReturnValueOptimization
Foo constructed
Running: fNamedReturnValueOptimization
Foo constructed
Foo destructed
Foo destructed
vinegupt@bhoscl88-04(~/progs/cc/src)$ g++ -std=c++11 -fno-elide-constructors testFooCopyElision.cxx # Copy elision disabled
vinegupt@bhoscl88-04(~/progs/cc/src)$ ./a.out
Running: fReturnValueOptimization
Foo constructed
Foo move constructed
Foo destructed
Foo move constructed
Foo destructed
Running: fNamedReturnValueOptimization
Foo constructed
Foo move constructed
Foo destructed
Foo move constructed
Foo destructed
Foo destructed
Foo destructed

我看到返回值优化。即无论 c++ 17 是什么，return 语句中临时对象的复制省略通常都会得到保证。

但是，返回的局部变量的命名返回值优化大多发生但不能保证。在具有不同 return 语句的函数中，我看到如果每个 return 语句返回局部范围的变量或相同范围的变量，它就会发生。否则，如果在不同的 return 语句中返回不同作用域的变量，编译器将很难执行复制省略。

如果有一种方法可以保证复制省略或在无法执行复制省略时获得某种警告，这将使开发人员确保执行复制省略并在无法执行时重构代码，那就太好了.