C++ 复制消除简单了解

省略复制及移动 (C++11 起)构造函数，导致零复制的按值传递语义。

举个例子：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

struct A {
    A() {
        cout << "construct" << endl;
    }
    A(const A&) {
        cout << "copy construct" << endl;
    }
    A(A&&) {
        cout << "move construct" << endl;
    }
    int i;
};

A fun() {
    return A();
}

int main()
{
    A a = fun();
    return 0;
}

输出结果为：

construct

如果关闭返回值优化（-fno-elide-constructors ）则输出结果为：

construct
move construct
move construct

以上construct发生在return 语句上的A()，在函数的返回对象上一次move construct，在main函数中一次move construct。

强制的复制/移动操作消除：要求编译器省略类的复制和移动构造，直接构造在它们要复制/移动的内存上去：

主要是在return语句中（见以上）或初始化（如以下）时：

A x = A(A(fun()));

输出结果为（注意此时需要存在move construct/copy construct（默认存在），需要访问权限，虽然没有使用）：

construct

关闭优化时的输出结果为：

construct
move construct
move construct
move construct
move construct

以上是在c++11下，改为c++17（-std=c++17 -fno-elide-constructors）输出结果两种都为：

construct

c++17规定不再有用以复制/移动的临时量。描述 C++17 语义的另一种方式是“传递未实质化的值”：返回并使用纯右值时不实质化临时量。

return 语句中，当操作数是拥有自动存储期的非 volatile 对象的名字，其并非函数形参或 catch 子句形参，且其具有与函数返回类型相同的类类型（忽略 cv限定）时。这种复制消除的变体被称为 NRVO，“具名返回值优化 (named return value optimization)”。

在c++17前，在对象的初始化中，当源对象是无名临时量且与目标对象具有相同类型（忽略 cv限定）时。当无名临时量为 return 语句的操作数时，称这种复制消除的变体为 RVO，“返回值优化 (return value optimization)”。

返回值优化是强制要求的，而不再被当做复制消除；见上文。

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

struct A {
    constexpr A(...) : p(this) {}
    // A(const A&) {
    //     cout << "copy construct" << endl;
    // }
    // A(A &&) {
    //     cout << "move construct" << endl;
    // }
    void *p;
};

constexpr A fun() {
    A a;
    return a;
}

constexpr A a; // a.p -> a
// constexpr A b = fun() // error: b.p -> temp
A c = fun(); // c.p -> temp

extern const A d;
constexpr A foo()
{
    A e;
    if (&e == &d) {
        return A();
    } else {
        return e;
    }
}

void print() {
    auto a = foo();
    cout << &a << "-" << a.p << endl;
    cout << &c << "-" << c.p << endl;
}

int main()
{
    print();
    return 0;
}

输出结果为：

0x7ffee40f37a8-0x7ffee40f3780
0x10bb0f0d0-0x7ffee40f22a0

cppreference示例：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

struct Noisy {
    Noisy() { std::cout << "constructed\n"; }
    Noisy(const Noisy&) { std::cout << "copy-constructed\n"; }
    Noisy(Noisy&&) { std::cout << "move-constructed\n"; }
    ~Noisy() { std::cout << "destructed\n"; }
};
 
std::vector<Noisy> f() {
    std::vector<Noisy> v = std::vector<Noisy>(3); // 从临时量 (C++17 前)
                                                  // 从纯右值 (C++17 起)
                                                  // 初始化 v 中的复制消除
    return v; // 从 v 到结果对象的 NRVO（C++17 中仍不保证）
}             // 若禁用优化，则调用移动构造函数
 
void g(std::vector<Noisy> arg) {
    std::cout << "arg.size() = " << arg.size() << '\n';
}
 
int main() {
    std::vector<Noisy> v = f(); // 从 f() 返回的临时量 (C++17 前)
                                // 从纯右值 f() (C++17 起)
                                // 初始化 v 中的复制消除
    g(f());                     // 从 f() 返回的临时量 (C++17 前)
                                // 从纯右值 f() (C++17 起)
                                // 初始化 g() 的形参中的复制消除
}

可能的输出：

constructed
constructed
constructed
constructed
constructed
constructed
arg.size() = 3
destructed
destructed
destructed
destructed
destructed
destructed

参考：https://zh.cppreference.com/w/cpp/language/copy_elision