C++11 移动语义和 Microsoft Visual C++ 编译优化

Question

让我们考虑以下 Microsoft Visual C++（Microsoft Visual Studio 2012 RC，版本 11.0.50522.1 RCREL）中自定义数组的类模板。

/*C++11 switch-on*/

#include <iostream>

template <typename element, unsigned int size>
class array
{
    private:
        element data[size];
    public:
        array(){}
        ~array(){}
        array(const array & other)(){}
        element & operator [](unsigned int i)
        {
            if(i<size)
                return data[i];
            else
                throw std::runtime_error("Out of boundary");
        }
}

请注意，构造函数、析构函数和复制构造函数被定义为什么都不做。一个普通的打印函数定义如下

/*printing*/

template <typename element, unsigned int size>
void print(test::array<element, size> & content)
{
    unsigned int i=0;
    for(std::cout<<"["<<content[i++];i<size;std::cout<<content[i++])
        std::cout<<",";
    std::cout<<"]"<<std::endl;
}

当程序运行以下主程序时

int main(int argc, char * argv[])
{
    array<int, 3> a;

    /* uniform initialization is not supported yet
     * so we bother iterating to assign to initialize
     * a to [1,2,3]
    */

    for(int i=0;i<3;i++)
        a[i]=i+1;

    /*copy*/
    auto b=a;

    /*move*/
    auto c=std::move(a);

    /*change in a*/
    a[0]=0;

    print<int, 3>(a);
    print<int, 3>(b);
    print<int, 3>(c);

    return 0;
}

根据编译优化，输出结果会有所不同。特别是，如果我编译并运行

• 打开 /Od 开关

  a=[0,2,3]

  b=[1470797225,-2,9185596]

  c=[0,2620008,9186761]

• 打开 /O1、/O2 或 /Ox

  a=[0,2,3]

  b=[0,2,3]

  c=[0,2,3]

现在我明白了

• 打开 /Od 开关
  • b 与 a 不同，因为复制构造函数在调用时什么也不做
  • c 与 a 不同，因为复制构造函数在调用时什么也不做。但是根据移动语义，a中数组数据中元素的变化也反映到c中。所以 a[0]==c[0]==0。

但我不明白为什么 a、b 和 c 在优化开关打开的情况下都相等。我可能会认为 Microsoft C++ 编译器会用移动的复制构造函数代替不执行任何操作的复制构造函数，但我不确定。

Answer 1

标准的[conv.lval] 部分规定：

非函数、非数组类型T 的泛左值可以转换为纯右值。如果T 是不完整的类型，则需要进行此转换的程序格式错误。如果泛左值引用的对象不是T 类型的对象，也不是从T 派生的类型的对象，或者如果该对象未初始化，则需要此转换的程序具有未定义的行为。如果T 是非类类型，则prvalue 的类型是T 的cv 非限定版本。否则，prvalue的类型为T。

在print 内部，表达式cout << content[i++] 使用左值到右值的转换。当您调用print(b) 或print(c) 时，转换发生在从未初始化的对象上，因此您有未定义的行为。

试图描述未定义的行为是徒劳的。

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注意：对象b 和c 由复制构造函数初始化。复制构造函数不会初始化子对象b.content 或c.content，这意味着这些数组及其所有成员元素在形式上都未初始化。

初始化c 时，代码实际上并没有从a 移动。 std::move 创建了一个右值引用，这使得移动成为可能，但是没有匹配的构造函数接受右值引用，所以使用了复制构造函数，a 被复制而不是移动。