C++中的CopyElision

函数返回对象的Copy Elision处理

以前C++函数返回一个对象的时候，涉及到对象的拷贝，为了提高效率，加入了copy elision的优化设计。

假如我们有一个Vector类，表示向量。

在C++的设计中，函数返回对象的时候其实返回的是对象的一份拷贝，然后用这个拷贝的对象去给外部使用。但从实际使用角度来说，生成的中间拷贝对象明显是不需要的，所以各大编译器在支持C++的时候，想出了一个优化方法，copy elision，顾名思义，拷贝消除，就是消除中间的拷贝过程，直接建立起数据桥梁！

 这些优化策略或称之为NRVO，named return value optimizatioin，或称之为RVO，return value optimation。二者的区别是，前者返回的变量具名（有名字），后者不具名（没名字）。如下面的两个函数，GetValue1返回a，a有名字，GetValue2返回Vector()，没有名字。

Vector GetValue1()
{
	Vector a;
	return a;
}
Vector GetValue2()
{
	return Vector();
}

不管具名还是不具名，它们都有一个相同的行为：为了返回对象给外部使用，需要拷贝一个中间的临时变量，这一步需要被优化消除掉，return value optimization，简称RVO，有名字的加个named前缀，叫做NRVO。

这种优化策略，能够带来很大的性能提升，但也有缺陷：如果一个类不支持拷贝（或者移动，C++11带来的新操作，下文直接说拷贝构造，不再赘述移动），就不能被copy elision！

啥？还有这种要求？

因为它们的目的是copy elision，所以本质上是对拷贝的处理，优化的前提是代码符合语言标准，而C++17之前，C++认为，这种return Vector()情况，因为涉及到临时变量的拷贝，所以Vector必须提供拷贝构造函数，否则类的设计是有问题的。所以C++17之前，RVO成立的前提是class有拷贝或者移动构造函数才行，否则编译报错！

而这种return Vector()代码，明眼人一看就知道，其实是可以不需要拷贝构造的嘛，优化之后，直接以Vector里面的()（这里是空）为参数在外部地址进行默认构造就行了，为啥一定要class提供拷贝构造呢？

于是C++17带来了更新，对于return Vector()这种情况，强制RVO，此时RVO的处理从编译器级别提升到了语言级别，中间没有任何临时对象的产生，因为没有临时对象产生了，当然也就不再需要class提供拷贝(移动)构造接口了！所以不会编译报错。又因为没有临时对象，所以就不存在拷贝，当然也就不存在什么copy elision的说法了！非常棒的改进！这也是C++官方网站“Return value optimization is mandatory and no longer considered as copy elision”的含义。

这意味着，我们以后看到return Vector()这种代码的时候，可以放心地认为，“返回过程没有临时对象的产生”！（不管项目使用的标准是C++17之前的还是之后的，都没有临时对象产生，C++17之前临时对象被copy elision优化掉了，C++17之后则压根就没什么临时对象）。

RVO的情况说了，NRVO呢？

这不太一样，因为NRVO里面一定是有一个中间对象的，就是所谓的named value，如果class没有拷贝构造函数，NRVO就不能工作！

为什么？为什么RVO可以不需要拷贝构造函数，NRVO就必须要拷贝构造函数？

RVO的情况，我们可以直接把Vector()这样的数据构造到外部的变量地址里面，比如

Vector GetValue2()
{
	return Vector();
}
Vector v = GetValue2();

最后的return Vector()直接就用Vector()作为参数，在v的地址里构造了对象。所以没有拷贝构造函数也OK！这种情况，只涉及到普通构造函数，不涉及拷贝构造函数。

但是下面的代码中，

Vector GetValue1()
{
	Vector a;
	return a;
}
Vector v = GetValue1();

GetValue1()返回的是a，即使进行copy elision优化，外界所知的也只是a而已，要用a去给v构造，Vector必须要有拷贝构造函数！

所以NRVO的本质还是copy elision，这里的copy指的是中间copy出的临时对象，不是拷贝构造函数的copy constructor。只不过因为copy elision的存在，我们同样可以为，return a返回的过程中也不会有临时对象（被优化掉了）！

发展到C++17，RVO和NRVO，虽然只有一字之差，但已经是不同的东西了。

RVO：不依赖拷贝构造函数的直接返回。

NRVO：依赖拷贝构造函数的copy elision。

拷贝构造函数中的Copy Elision处理

上面讨论了RVO NRVO的前因后果，NRVO只是copy elision的其中一个应用场景。copy elision还有一个典型的应用场景是构造函数的嵌套。

下面这行代码

	Vector v = Vector(Vector(Vector()));

我们明显可以看出，多层的拷贝构造是不必要的，所以实际上最后也只调用了一个构造函数。和RVO一样，C++17之前，还叫做copy elision，因为它本质就是对于copy对象的消除，所以依赖拷贝构造函数。

C++17之后，它本质上已经不是copy elision了，当然也就不再依赖拷贝构造函数，这种情形的进化和RVO是一个道理。

但为了称呼上的方便，继续叫它copy elision，虽然不准确，但能直观表达出没有中间对象的意图，无伤大雅，知道其中原理就行了！

让我们看下面这个有趣的例子

class Vector
{
public:
	Vector()				 {cout << " default constructor" << endl;}
	Vector(const Vector& Other) = delete;
	Vector(Vector&& Other) = delete;
 
	friend const Vector operator + (const Vector& v1, const Vector& v2)
	{
		...
	}
 
};	
Vector a0;
Vector a1;
Vector a2 (a0 + a1);

在C++17中，Vector a2a(a0+a1)竟然能通过，要知道Vector的拷贝构造和移动构造都被标记为delete了，为什么这种看似拷贝构造的行为还能通过呢？原因就在于a0+a1返回的是一个临时变量，是一个右值，这在C++17中被认为是要被直接优化掉的，所以就直接在a2的地址里面构造了a0+a1。但下面这行代码却不行

Vector a2 (a0);

因为a0不是一个右值，不满足条件，所以调用的是拷贝构造，但拷贝构造又被标记为了delete，所以编译报错。