std::vector、默认构造函数、C++11 和破坏性变更

Question

我今天遇到了一个非常微妙的问题，希望听听您的意见。

考虑以下普通的共享主体习语类：

struct S
{
    S() : p_impl(new impl) {}
private:
    struct impl;
    boost::shared_ptr<impl> p_impl;
};

当你尝试以以下方式将它们放入向量中时，就会出现有趣的情况：

std::vector<S> v(42);

现在，至少在MSVC 8中，v 中的所有元素共享相同的 impl 成员。实际上，导致这种情况的是 vector 构造函数：

template <typename T, typename A = ...>
class vector
{
    vector(size_t n, const T& x = T(), const A& a = A());
    ...
};

在幕后，只有一个S对象被默认构造，vector的n个元素从它复制而来。现在，使用C++11，有右值引用。因此无法像这样工作。如果一个vector被构造为：

std::vector<S> v(42);

最有可能的情况是，实现会选择默认构造 vector 内部的 n 个对象，因为复制构造函数可能不可用。在这种情况下这将是一个破坏性的变化。

我的问题是：

1. C++03标准是否要求 std::vector 必须定义如上所述的构造函数，即带有默认参数？特别地，是否保证向量对象的条目被复制而不是默认构造？
2. C++11标准对此同一点说了什么？
3. 我认为这可能会导致C++03和C+11之间的破坏性变化。这个问题已经被调查过了吗？解决了吗？

注：请不要评论上面类 S 的默认构造函数。这样做或者实现某种形式的延迟构造。

- Alexandre C.

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这真是太令人震惊了。在C++代码中编译，但又给它赋予了C++0X的新含义，这是我所能想到的最糟糕的情况。我很想像当初放弃DOS 4或Windows ME一样，直接跳过这个问题。 - 6502

那是威胁吗？你是在把C++0x和Windows ME相比较吗？ - jalf

毫无不敬，但听到一个名叫"6502"的人说这话有点有趣... - Potatoswatter

Answer 1

C++03标准是否规定了std::vector必须有如上所述的构造函数，即带有默认参数？特别地，是否保证向量对象的条目被复制而不是默认构造？

是的，指定的行为是将x复制n次，以使容器初始化为包含n个元素，这些元素都是x的副本。

C++11标准对此问题有何规定？

在C++11中，此构造函数已被分成两个构造函数。

vector(size_type n, const T& x, const Allocator& = Allocator()); // (1)
explicit vector(size_type n);                                    // (2)

除了第二个参数不再有默认值之外，(1) 与 C++03 中的工作方式相同：将 x 复制 n 次。

在没有 x 的默认参数的情况下，(2) 被添加。此构造函数对容器中的 n 个元素进行值初始化。不会进行复制。

如果需要旧的行为，可以通过向构造函数调用提供第二个参数来确保调用 (1) ：

std::vector<S> v(42, S());

我认为这可能是C++03与C++11之间的一个破坏性变化。您的示例确实证明了这一点。关于这个问题是否已经被调查并解决，我不确定，因为我不是C++标准化委员会的成员（而且我没有特别关注邮件中与库有关的论文）。

- James McNellis

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@6502：这个更改是一个故意的决定，而不是疏忽（我认为疏忽地添加构造函数重载会很困难:-P）。在“当分配时它们也改变了吗？”方面，我不太确定你在问什么。由于移动构造函数和移动赋值运算符被引入到语言中，一些东西已经发生了变化，但我不确定这会如何特别影响算法。（此外，我并不完全熟悉去年底“隐式移动必须消失”的争论的最终决定是什么...）。 - James McNellis

@Alexandre：那就不是了。还有几种情况他们会破坏向后兼容性。只要能避免或得不偿失时，他们会尽量不这样做。但完全的、百分之百的向后兼容性已经多年没有被考虑过了。 - jalf

@Steve：添加关键词通常不会“悄无声息地”破坏事物。我同意@6502等人对此提出的质疑。 - Nemo

在 S.O. 上有很多关于为什么会发生复制构造的问题，通常表现为“为什么我的向量比数组慢得多？”。旧行为对于 C.O.W. / 引用计数对象是有意义的，但新行为在一般情况下更直观。 - Tony Delroy

@Nemo：当然，我在回应Alexandre C的话，“语言要么向后兼容，要么不兼容”。它是不兼容的，而且非常明显。如果他想使用三分法，“语言要么向后兼容；否则就不兼容；或者C++03中的每个格式正确的程序都会在C++0x中保留C++03所保证的所有行为，否则在C++0x中是不正常的”，那么他可以使用这个三分法来代替二分法。仍然是“不兼容”，只是不那么明显了，我同意不能有第三种情况有点遗憾。 - Steve Jessop

Answer 2

我认为你描述的用例的解决方案不是最优的，也不完整，这就是为什么你在升级到C++11时遇到了问题。

C++总是关注语义，当你在C++中编写程序时，最好理解你的语义。所以在你的情况下，你希望创建N个对象，但在你不改变它们的情况下，你希望它们共享同一内存以进行优化。这是个好主意，但如何实现呢： 1）复制构造函数。 2）静态实现+复制构造函数。 你考虑过这两种解决方案吗？

考虑一下，如果你需要M个N个对象的向量，如果你选择第一种方案，共享内存会被分配多少次？是M次，但如果我们想要创建包含MxN个对象的向量，为什么要分配M次内存呢？

因此，在这里正确的实现是默认指向静态内存，并且只有在对象更改时才分配内存。在这种情况下，分配M个N个对象的向量将给你... 1个“共享”内存分配。

在你的情况下，你滥用了复制构造函数，违反了正确的语义，这是： 1）不明显 2）不优化 现在你必须付出代价。

- Alexey Sergeev

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你可以完全不同意帖子中的设计问题，但问题所涉及的程序在旧标准和新标准下都是有效且格式良好的。问题是关于在两种标准下是否为相同的程序，而不是关于设计决策的。 - André Caron