C++ Copy Elision

介绍

C++中有一个重要的优化，就是拷贝省略(copy elision)。
他的定义是：对于值传递的语意表达，会省略去拷贝步骤。
比如如下面的代码：

struct Data {
    char* bucket;
    int bucketSize;
    Data(int size) {
        bucketSize = size;
        bucket = new char[bucketSize];
    }
    Data(const Data& d) {
        bucketSize = d.bucketSize;
        bucket = new char[bucketSize]
        memcpy(bucket, d.bucket, bucketSize);
    }
};

Data GetData() {
    Data d(10);
    // other process
    return d;
}

void main() {
    Data d = GetData();
}

按照传统意义上的流程，会有如下的步骤：

1. 在函数GetData中，有一个局部变量
2. 函数退出堆栈，会构造一个临时变量（拷贝构造或者是move构造）
3. GetData中的局部变量析构
4. 用临时变量调用Data的拷贝构造函数来初始化main函数中的局部变量
5. 临时变量析构

仅仅是一个简单的赋制操作，就会涉及到这么多的步骤，并且对CPU有很大的负载。总共做了3次构造，两次拷贝。而copy elision所做的就是减少这些步骤，减少拷贝。

那么在加上了copy elision之后，会省去哪些步骤呢？

1. GetData()函数的“局部”变量的构造
2. 析构

只有这两步。省去了copy构造的步骤，并且没有生成临时变量。这里的局部加上了一个引号，意思是并不是真的临时变量。他可能的实现是这个样子的。

void GetData(Data *) {
// manipulate Data ptr
}

void main() {
    Data d;
    GetData(&d);
}

NRVO

以上的优化，就是所谓的copy elision中的一个variant---NRVO(named-return value optimization)

RVO

还有一种优化就是RVO(unnamed-return value optimization)
类似的这样的

Data unmanedGetData() {
    return Data();
}

函数中直接返回一个匿名变量也是这种优化。直接对目的变量做优化，不需要临时变量，不需要拷贝。

注意事项

这种优化只是c++ standard的一种建议（c++17之前，c++17做了强制要求），所以不能想当然的任务所有的编译器都做了这种优化。在使用这些优化之前，应该看一下编译器是否真的做了这些优化。

后记

我在网上看到了一些意见，说这种编译器“自作主张”的优化，是对程序员不友好的。我所以为，持这种想法的人是因为，编译器做了这种优化，就不会调用诸如构造函数这类函数了，那么这些函数所造成的side effect就不会生效。
那么编译器做这种优化好不好呢。我认为是好的。本来像copy constructor这类的函数，从语意（semantic）而言就是一个纯粹的拷贝构造。在这些函数中间插入别的代码，产生了副作用(side effect)就造成了函数本身的不纯粹。这对于函数本身的理念是不相符的。所以我认为，编译器的这种优化是很好的。