c++ - 通过值传递参数时的奇怪行为

Question

偶然发现几篇文章声称，如果函数仍然可以复制，按值传递可以提高性能。

我从未真正想到过如何在后台实现值(value)传递。当您执行如下操作时，堆栈上到底发生了什么:F v = f(g(h()))？

经过深思熟虑后，我得出的结论是我将以实现g()返回的值的方式在f()期望的位置创建它的方式来实现它。因此，基本上，没有复制/移动构造函数调用-f()将简单地获取g()返回的对象的所有权，并在执行离开f()的范围时销毁它。与g()相同-它将获取h()返回的对象的所有权并在返回时销毁它。

las，编译器似乎不同意。这是测试代码:

#include <cstdio>

using std::printf;

struct H
{
    H() { printf("H ctor\n"); }
    ~H() { printf("H dtor\n"); }
    H(H const&) {}
//    H(H&&) {}
//    H(H const&) = default;
//    H(H&&) = default;
};

H h() { return H(); }

struct G
{
    G() { printf("G ctor\n"); }
    ~G() { printf("G dtor\n"); }
    G(G const&) {}
//    G(G&&) {}
//    G(G const&) = default;
//    G(G&&) = default;
};

G g(H) { return G(); }

struct F
{
    F() { printf("F ctor\n"); }
    ~F() { printf("F dtor\n"); }
};

F f(G) { return F(); }

int main()
{
    F v = f(g(h()));
    return 0;
}

在MSVC 2015上，其输出正是我所期望的:

H ctor
G ctor
H dtor
F ctor
G dtor
F dtor

但是，如果您将副本构造函数注释掉，它看起来像这样:

H ctor
G ctor
H dtor
F ctor
G dtor
G dtor
H dtor
F dtor

我怀疑删除用户提供的副本构造函数会导致编译器生成move-constructor，这反过来会导致不必要的“移动”，无论有多大的对象都不会消失(尝试添加1MB数组作为成员变量)。即编译器非常喜欢“移动”，因此选择它而不是根本不做任何事情。

这似乎是MSVC中的错误，但是我真的很希望有人能解释(和/或证明)这里发生的事情。这是第一个问题。

现在，如果您尝试使用GCC 5.4.0，则输出毫无意义:

H ctor
G ctor
F ctor
G dtor
H dtor
F dtor

必须在创建F之前将H销毁! H对于g()的作用域是局部的!请注意，此处使用构造函数对GCC的影响为零。

与MSVC相同-对我来说似乎是个错误，但是有人可以解释/证明这里发生了什么吗？那就是问题2。

真是愚蠢的是，经过多年与C++的专业合作，我遇到了这样的问题……经过近四十年的时间，编译器仍然不能就如何传递值达成共识？

Answer 1

为了通过值传递参数，参数是函数的局部变量，并且已从相应的参数初始化为函数调用。

按值返回时，有一个值称为返回值。这由return表达式的“参数”初始化。它的生存期一直到包含函数调用的完整表达式结束为止。

还有一种称为copy elision的优化可以在少数情况下应用。其中两种情况适用于按值(value)返回:

如果返回值由相同类型的另一个对象初始化，则两个对象都可以使用相同的内存位置，并且跳过了复制/移动步骤(确切的条件是何时允许或不允许)

如果调用代码使用返回值来初始化相同类型的对象，则返回值和目标对象都可以使用相同的存储位置，并且跳过复制/移动步骤。 (此处“相同类型的对象”包括功能参数)。

这两种可能同时应用。同样，从C++ 14开始，复制省略对于编译器是可选的。

在调用f(g(h()))中，这是对象列表(不带复制省略):

H默认由return H();构造

的H的返回值

h()从(步骤1)开始复制构造。

~H(步骤1)

H的参数

g从(步骤2)开始复制构造。

G默认由return G();构造

的返回值

G从(第5步)开始复制构造。

g()(第5步)

~G(第4步)(参见下文)

~H的参数

G从(步骤6)开始复制构造。

f默认由F构造

的return F();的返回值

F从(步骤10)开始移动构造。

f()(步骤10)

~F(第9步)(参见下文)

~G从(步骤11)开始移动构建。

F v，~F，~G(步骤2、6、11)已销毁-我认为这三个

不需要排序

~H(步骤14)

对于复制省略，可以将步骤1 + 2 + 3合并为“默认构造~F的返回值”。对于5 + 6 + 7和10 + 11 + 12同样。但是，也可以将2 + 4单独组合为“h()的参数是从1复制构造的”，并且还可以同时应用这两个元素，给出“g的参数是默认构造的”。

由于复制省略是可选的，因此您可能会从不同的编译器看到不同的结果。这并不意味着存在编译器错误。您会很高兴听到在C++ 17中某些复制省略方案被强制执行。

如果您包含move-constructor的输出文本，则在第二种MSVC情况下的输出将更具指导性。我猜想在第一种MSVC情况下，它同时执行了我上面提到的两个省略，而第二种情况则省略了“2 + 4”和“6 + 9”省略。

之下的:gcc和clang延迟破坏函数参数，直到封闭函数调用的完整表达式结束。这就是为什么您的gcc输出与MSVC不同的原因。

在C++ 17的起草过程中，这些破坏是发生在我将其包含在列表中的位置，还是出现在完整表达式的末尾，由实现定义。可以争辩说，在较早发布的标准中对它的定义不够充分。 See here有待进一步讨论。