保证省略和链式函数调用

Question

假设我有以下类型：

struct X {
    X& operator+=(X const&);
    friend X operator+(X lhs, X const& rhs) {
        lhs += rhs;
        return lhs;
    }
};

我有这个声明（假设所有命名变量都是类型 X 的左值）：

X sum = a + b + c + d;

在C++17中，我对这个表达式会执行多少次拷贝和移动操作有哪些保证？非保证的省略呢？

在C ++ 17中，关于这个表达式将会执行多少次复制和移动操作，有哪些担保措施？非担保的省略呢？

- Barry

Answer 1

这将执行1次拷贝构造和3次移动构造。

1. 将 a 复制一份并将其绑定到 lhs。
2. 从第一个 + 中移动构造 lhs。
3. 第一个 + 的返回值将通过省略绑定到第二个 + 的按值 lhs 参数上。
4. 第二个 lhs 的返回值将产生第二次移动构造。
5. 第三个 lhs 的返回值将产生第三次移动构造。
6. 从第三个 + 返回的临时对象将在 sum 处构造。

针对上述每一次移动构造，都有另一次可选省略的移动构造。因此你仅能保证有1次拷贝和6次移动。但实际上，除非你使用了 -fno-elide-constructors，否则你只会有1次拷贝和3次移动。

如果在这个表达式之后不再引用 a，你可以进一步优化：

X sum = std::move(a) + b + c + d;

导致0份复制和4次移动（使用-fno-elide-constructors时有7次移动）。

以上结果已经得到使用带有插入式复制和移动构造函数的X进行确认。

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更新

如果您对优化此代码的不同方法感兴趣，可以从在X const&和X&&上重载lhs开始：

friend X operator+(X&& lhs, X const& rhs) {
    lhs += rhs;
    return std::move(lhs);
}
friend X operator+(X const& lhs, X const& rhs) {
    auto temp = lhs;
    temp += rhs;
    return temp;
}

这样可以将复制次数和移动次数减少到1和2。如果你愿意限制客户端不通过引用捕获+的返回值，那么可以像这样从其中一个重载中返回X&&：

friend X&& operator+(X&& lhs, X const& rhs) {
    lhs += rhs;
    return std::move(lhs);
}
friend X operator+(X const& lhs, X const& rhs) {
    auto temp = lhs;
    temp += rhs;
    return temp;
}

让您只剩下1份复制和1次移动。请注意，在这个最新的设计中，如果您的客户做到了这一点：

X&& x = a + b + c;

那么x就是悬空引用（这就是为什么std::string不会这样做的原因）。

- Howard Hinnant

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所以不能省略链接吗？比如将a+b的返回值直接构造到operator+(??, c)中？ - Barry

我甚至认为省略lhs的返回值是不合法的。然而，我也不认为任何编译器的编写者有动机使其合法化（毕竟没有人尝试过这样做）。 - Howard Hinnant

为什么它可能是非法的？它未来会合法化吗？ - Tomilov Anatoliy

@Orient：我的意思是标准不允许这样做。据我所知，没有人提出过这个想法。我猜测原因是没有人知道如何实现它。但这只是我的猜测，我不是编译器专家。 - Howard Hinnant

Answer 2

好的，让我们从这里开始：

X operator+(X lhs, X const& rhs) {
    lhs += rhs;
    return lhs;
}

这将始终引发从参数到返回值对象的复制/移动。C++17没有改变这一点，也没有任何形式的省略可以避免此复制。

现在，让我们看看您表达式的一部分：a + b。由于operator+的第一个参数是按值传递的，因此必须将a 复制到其中。所以那是一份副本。返回值将被复制到返回prvalue中。所以那是1个复制和1个移动/复制。

现在，下一部分：(a + b) + c。

C++17意味着从a + b返回的prvalue将用于直接初始化operator+的参数。这不需要复制/移动。但是从此返回的返回值将从该参数复制。所以那是1个复制和2个移动/复制。

对于最后一个表达式重复此过程，那是1个复制和3个移动/复制。sum将从prvalue表达式初始化，因此不需要进行复制。

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您的问题似乎真正关心的是C++17中是否仍然排除了省略的参数。因为它们在之前的版本中已经被排除了。这不会改变; 排除参数的原因仍然有效。

“保证省略”仅适用于 prvalue。如果它有一个名称，它不能是prvalue。

- Nicol Bolas

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其中一些将是移动 - 你的意思是1个副本和3个移动吗？ - Barry

换句话说，尼古尔关于参数复制的评论是：仅通过值传递参数只有在进入时进行复制省略才有帮助，并且仅在使用参数时才有意义，即将其std::move()到其他地方，例如：X rc(std::move(lhs)); rc += rhs; return rc; - Dietmar Kühl

@Barry：是的，我忘记了从返回本地变量的移动是自动的。 - Nicol Bolas

我猜如果整个东西能编译成等价的 X sum(a); sum += b; sum += c; sum += d; 那就很酷了。不过这还是相当困难的。 - Barry