从函数返回 unique_ptr

Question

unique_ptr<T> 不允许复制构造，而是支持移动语义。但是，我可以从函数返回 unique_ptr<T> 并将返回的值分配给变量。

#include <iostream>
#include <memory>

using namespace std;

unique_ptr<int> foo()
{
  unique_ptr<int> p( new int(10) );

  return p;                   // 1
  //return move( p );         // 2
}

int main()
{
  unique_ptr<int> p = foo();

  cout << *p << endl;
  return 0;
}

上面的代码按预期编译和工作。那么1 行是如何不调用复制构造函数并导致编译器错误的呢？如果我不得不改用2 行，那将是有意义的（使用2 行也可以，但我们不需要这样做）。

我知道 C++0x 允许 unique_ptr 出现这个异常，因为返回值是一个临时对象，一旦函数退出就会被销毁，从而保证返回指针的唯一性。我很好奇这是如何实现的，是编译器中的特殊情况还是语言规范中的其他子句可以利用？

Answer 1

语言规范中是否还有其他条款可以利用？

是的，请参阅 12.8 §34 和 §35：

当满足某些条件时，允许实现省略类对象的复制/移动构造 [...] 这种省略复制/移动操作，称为复制省略，是允许的 [...] 在具有类返回类型的函数的 return 语句中，当表达式是 与函数返回类型具有相同 cv 非限定类型的非易失性自动对象 [...]

当满足省略复制操作的条件并且要复制的对象由左值指定时， 首先执行重载决议以选择副本的构造函数就像对象是由右值指定的一样。

---

只想再补充一点，按值返回应该是这里的默认选择，因为在最坏的情况下，return 语句中的命名值，即在 C++11、C++14 和 C++ 中没有省略17 被视为右值。因此，例如以下函数使用 -fno-elide-constructors 标志编译

std::unique_ptr<int> get_unique() {
  auto ptr = std::unique_ptr<int>{new int{2}}; // <- 1
  return ptr; // <- 2, moved into the to be returned unique_ptr
}

...

auto int_uptr = get_unique(); // <- 3

在编译时设置了标志，此函数中发生了两次移动（1 和 2），然后在（3）中发生了一次移动。

Answer 2

这绝不是特定于std::unique_ptr，而是适用于任何可移动的类。语言规则保证了它，因为您按值返回。编译器会尝试删除副本，如果无法删除副本则调用移动构造函数，如果无法移动则调用复制构造函数，如果无法复制则无法编译。

如果您有一个接受std::unique_ptr 作为参数的函数，您将无法将p 传递给它。您必须显式调用移动构造函数，但在这种情况下，您不应在调用 bar() 之后使用变量 p。

void bar(std::unique_ptr<int> p)
{
    // ...
}

int main()
{
    unique_ptr<int> p = foo();
    bar(p); // error, can't implicitly invoke move constructor on lvalue
    bar(std::move(p)); // OK but don't use p afterwards
    return 0;
}

Answer 3

unique_ptr 没有传统的复制构造函数。相反，它有一个使用右值引用的“移动构造函数”：

unique_ptr::unique_ptr(unique_ptr && src);

右值引用（双与号）只会绑定到右值。这就是当您尝试将左值 unique_ptr 传递给函数时出现错误的原因。另一方面，从函数返回的值被视为右值，因此会自动调用移动构造函数。

顺便说一句，这将正常工作：

bar(unique_ptr<int>(new int(44));

这里的临时 unique_ptr 是一个右值。

Answer 4

我认为 Scott Meyers 的Effective Modern C++ 的 item 25 完美地解释了这一点。摘录如下：

标准中祝福 RVO 的部分继续说，如果 RVO 的条件得到满足，但编译器选择不执行复制省略，则返回的对象必须被视为右值。实际上，标准要求当 RVO 被允许时，要么发生复制省略，要么将 std::move 隐式应用于返回的本地对象。

这里，RVO是指返回值优化，如果满足RVO的条件表示返回内部声明的本地对象您希望执行 RVO 的函数，这在他的书的第 25 项中通过引用标准也得到了很好的解释（这里 local object 包括创建的临时对象通过 return 语句）。摘录中最大的收获是复制省略发生或std::move 隐式应用于返回的本地对象。 Scott 在第 25 项中提到，std::move 是在编译器选择不删除副本并且程序员不应该明确这样做时隐式应用的。

在您的情况下，代码显然是 RVO 的候选者，因为它返回本地对象 p 并且 p 的类型与返回类型相同，这会导致复制省略。如果编译器选择不删除副本，无论出于何种原因，std::move 都会加入1 行。

Answer 5

我在其他答案中没有看到的一件事是为了澄清another answers，返回在函数中创建的 std::unique_ptr 与返回的函数之间存在差异被赋予该功能。

示例可能是这样的：

class Test
{int i;};
std::unique_ptr<Test> foo1()
{
    std::unique_ptr<Test> res(new Test);
    return res;
}
std::unique_ptr<Test> foo2(std::unique_ptr<Test>&& t)
{
    // return t;  // this will produce an error!
    return std::move(t);
}

//...
auto test1=foo1();
auto test2=foo2(std::unique_ptr<Test>(new Test));

Answer 6

我想提一个你必须使用 std::move() 的情况，否则会出错。 案例：如果函数的返回类型与局部变量的类型不同。

class Base { ... };
class Derived : public Base { ... };
...
std::unique_ptr<Base> Foo() {
     std::unique_ptr<Derived> derived(new Derived());
     return std::move(derived); //std::move() must
}

参考：https://www.chromium.org/developers/smart-pointer-guidelines