为什么使用std::tuple时不能保证复制省略？

Question

我预期在C++20中，以下代码在打印A和B之间不会输出任何内容（因为我预期有保证的RVO会发生）。但实际输出为：

A

Bye

B

C

Bye

Bye

因此可以推断出一个临时对象被创建了。

#include <iostream>
#include <tuple>
struct INeedElision{
    int i;
    ~INeedElision(){
        std::cout << "Bye\n";
    }
};

std::tuple<int, INeedElision> f(){
    int i = 47;
    return {i, {47}};
}

INeedElision g(){
    return {};
}

int main()
{   
    std::cout << "A\n"; 
    auto x = f();
    std::cout << "B\n";
    auto y = g();
    std::cout << "C\n";
}

这个行为的原因是什么？ 有没有避免复制（不使用指针）的解决方法？ https://godbolt.org/z/zasoGd

- NoSenseEtAl

Answer 1

从{i，{47}}构造std::tuple<int，INeedElision>时，选定的std::tuple构造函数会通过左值引用以const方式接受元素。

tuple( const Types&... args );

当使用{i, {47}}作为初始化器时，将构造一个临时的INeedElision对象并传递给std::tuple的构造函数（并被复制）。这个临时对象会立即被销毁，并且你会在“A”和“B”之间看到“Bye”。

另外，顺便提一下：针对这种情况，std::tuple的第三个构造函数不会被使用。

template< class... UTypes >
tuple( UTypes&&... args );

它是一个构造函数模板，花括号初始化列表如{47}没有类型，并且不能通过模板参数推导来推断。另一方面，如果INeedElision有一个接受int的转换构造函数，并将初始化程序设置为{i，47}，则将使用std::tuple的第三个构造函数，并且不会构造任何临时的INeedElision；元素将从int 47中原地构造。

LIVE

- songyuanyao

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这不是 std::tuple 的唯一构造函数。实际上在这种情况下使用的是这个构造函数吗？ - Markus Mayr

@MarkusMayr 我也这么认为。你期望的是哪一个？ - songyuanyao

@songyuanyao会验证您的修复，如果有效则接受它。 - NoSenseEtAl

这个代码可行，但C++实在太糟糕了...添加构造函数以使完美的*后向传递(backwarding)*能够工作 :) - NoSenseEtAl

吹毛求疵：我建议你在回答中加上“已选择的”构造函数...因为初学者可能会认为那是唯一的元组构造函数... - NoSenseEtAl

Answer 2

只有返回对象本身才能获得复制省略：

std::vector<int> fn1()
{
   return std::vector<int>{}; // guaranteed copy elision
}

std::vector<int> fn2()
{
   std::vector<int> vec;
   return vec; // a good compiler will manage to elide the copy/move here
}

在您的情况下，您返回元组，因此元组本身可能会被复制省略，但不会省略传递给元组构造函数的参数！

std::tuple<int, INeedElision> f(){

    int i = 47;
    return {i, {47}}; // construct the tuple in place of the return address but the arguments are copied into the tuple and not even moved ! to move call std::move explicitly
}

编译器不允许省略传递给元组构造函数的参数的副本，因为您返回的不是参数本身，而是包含它们副本的元组。还要注意，表格无法持有对参数的引用，因为这些局部变量在函数返回时已被销毁，导致悬空引用。

如果您想在C++17及更高版本中获得复制省略的机会，请执行以下操作：

std::tuple<int, INeedElision> f(){

    std::tuple<int, INeedElision> ret;
    auto& [i, ne] = ret;
    i = 47;
    ne = 47;
    return ret;
}

- dev65

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据我所知，NRVO并不是有保障的。 - NoSenseEtAl

@NoSenseEtAl 是的，我确实说过。 - dev65