C++拷贝消除 Copy Elision

拷贝消除

在广义上，指满足一定条件时，编译期允许省略对临时对象的拷贝或移动操作。在C++17之前，对于这一特性都是“允许但不要求”，但绝大多数主流的编译器都会启用。从C++17开始，只要满足条件，对prvalue的拷贝/移动省略都是必选的。

一般来说，拷贝消除包含

• 返回值优化 RVO（Return Value Optimization）
• 具名返回值优化（Named Return Value Optimization）

返回值优化 RVO（Return Value Optimization）

函数直接返回一个匿名临时对象时，编译器可以将这个临时对象直接构造在调用者的目标空间中，省掉拷贝。

#include <iostream>
class RVOTest {
public:
    RVOTest() {
        std::cout << "默认构造" << std::endl;
    }
    RVOTest(const RVOTest & other) {
        std::cout << "拷贝构造" << std::endl;
    }

    ~RVOTest() {
        std::cout << "析构" << std::endl;
    }
};

RVOTest get() {
    return RVOTest();
}
int main() {
    // RVOTest a = RVOTest(); //如果拷贝构造函数的参数没有const的话，error: 类 "RVOTest" 没有适当的复制构造函数 (这里的RVOTest()是个临时对象是个右值，而const左值引用也可以绑定右值)
    RVOTest b = get();
    return 0;
}

运行上面的代码，会输出

默认构造
析构

也就是说，当用get()返回的RVOTest对象来初始化b时，并没有调用拷贝构造函数用临时对象RVOTest()来初始化b，而是直接在调用者，也就是b的存储区就地构造。

具名返回值优化（Named Return Value Optimization）

当返回的对象有名字（即局部变量）时，也可能进行省略拷贝。

RVOTest getNamed() {
    RVOTest obj;
    return obj;
}
int main() {
    RVOTest b = getNamed();
    return 0;
}

运行上面的代码，会输出

默认构造
析构

与RVO不同，NRVO的触发条件更加严苛，例如下面的情况就不会触发NRVO

1. 返回不同分支的不同命名局部对象

在某些编译器里可能无法决定统一的内存位置，从而放弃 NRVO。

RVOTest flag(bool flag) {
    RVOTest a, b;
    if (flag) return a; 
    else      return b; 
}
int main() {
    RVOTest c = flag(false); 
    return 0;
}

运行上面的代码，会输出

默认构造
默认构造
~~~~~~
拷贝构造
析构
析构
析构

2. 返回函数参数

RVOTest rParam(RVOTest param) { //这里也会调用一次拷贝构造函数
    std::cout << "~~~~~~"  << std::endl;
    return param;  // param 不是本地新建对象，无法 NRVO
}
RVOTest rParamR(RVOTest& param) {
    std::cout << "~~~~~~"  << std::endl;
    return param;  // param 不是本地新建对象，无法 NRVO
}
int main() {
    RVOTest b = get();
    RVOTest d = rParam(b);
    std::cout << "======"  << std::endl;
    RVOTest e = rParamR(b);
    return 0;
}

运行上面的代码，会输出

默认构造
拷贝构造
~~~~~~
拷贝构造
析构
======
~~~~~~
拷贝构造
析构
析构
析构

3. 复杂表达式

返回复杂表达式，例如某个函数调用、三目表达式等，也可能不会触发NRVO

RVOTest tri() {
    RVOTest a, b;
    return 1 > 2 ? a : b;
}

int main() {
    RVOTest f = tri();
    return 0;
}

运行上面的代码，会输出

默认构造
默认构造
拷贝构造
析构
析构
析构