复制省略和虚拟克隆

copy elision and virtual cloning

本文关键字：虚拟 复制省      更新时间：2023-10-16

在以下场景中如何避免不必要的复制？类A包含指向大对象的基类型指针。

class A{
  BigBaseClass *ptr;
  A(const BigBaseClass& ob);
  ~A(){delete ptr;}
};

有时我需要复制对象ob。所以我实现了虚拟克隆：

class BigBaseClass{
   virtual BigBaseClass* clone() {return new BigBaseClass(*this);}
};
class BigDerivedClass : BigBaseClass{
  virtual BigDerivedClass* clone() {return new BigDerivedClass(*this);}
};
A::A(const BigBaseClass& ob):ptr(ob.clone(){}

但有时我会创建临时的BigDerivedClass对象，并用它来构造类A:

A a{BigDerivedClass()};

或

BigDerivedClass f(){
     BigDerivedClass b;
     /*constructing object*/
     return b;
   }
   A a{f()};

这里不需要复制创建的对象然后将其删除。可以直接在堆中创建此对象，并将其地址存储在a.ptr.中

但在我看来，编译器不太可能足够聪明，可以在这里实现复制省略(或者是这样吗？(。那么，你有什么建议来避免这种不必要的复制呢？

编译器不会通过clone()省略副本的构造：只有在非常特定的情况下才允许省略副本。在允许编译器执行复制省略的所有情况下，所涉及对象的生存时间完全由编译器控制。这四种情况是(详情见12.8[类别副本]第8段(：

  1. 按值返回本地名称
  2. 正在抛出本地对象
  3. 正在复制未绑定到引用的临时对象
  4. 按值捕获时

即使在这些情况下，复制省略也适用时的细节在某种程度上是不平凡的。在任何情况下，return new T(*this);都不适合这些情况。

典型的大对象不将其数据作为对象的一部分。相反，它们通常包含一些可以移动的数据结构。如果你想在使用A{f()}时保持简单性，而不想复制f()的结果，你可以通过调用virtual函数的move构造函数来转移内容而不是复制它：

#include <utility>
class BigBaseClass {
public:
    virtual ~BigBaseClass() {}
    virtual BigBaseClass* clone() const = 0;
    virtual BigBaseClass* transfer() && = 0;
};
class A{
    BigBaseClass *ptr;
public:
    A(BigBaseClass&& obj): ptr(std::move(obj).transfer()) {}
    A(BigBaseClass const& obj): ptr(obj.clone()) {}
    ~A(){delete ptr;}
};
class BigDerivedClass
    : public BigBaseClass {
    BigDerivedClass(BigDerivedClass const&); // copy the content
    BigDerivedClass(BigDerivedClass&&);      // transfer the content
    BigDerivedClass* clone() const { return new BigDerivedClass(*this); }
    BigDerivedClass* transfer() && { return new BigDerivedClass(std::move(*this)); }
};
BigDerivedClass f() {
    return BigDerivedClass();
}
int main()
{
    A a{f()};
}

移动构造是否有助于复制大对象取决于对象的内部实现方式。如果它们的对象本质上只包含指向实际大数据的几个指针，那么移动构造应该避免任何相关成本，因为与设置实际数据相比，传输指针可以忽略不计。如果数据实际上保存在对象中，那么传输并没有真正的帮助(尽管出于各种原因，这样做通常是个坏主意(。

class BigBaseClass
{
public:
    virtual ~BigBaseClass() {}
    virtual BigBaseClass* clone() const { return new BigBaseClass(*this); }
};
class BigDerivedClass : public BigBaseClass
{
public:
    BigDerivedClass* clone() const override { return new BigDerivedClass(*this); }
};
class A
{
    BigBaseClass *ptr;
public:
    explicit A(BigBaseClass* ob);
    ~A() { delete ptr; }
};
A::A(BigBaseClass* ob) : ptr(ob)
{
}
int main()
{
    A a(new BigDerivedClass);
}

您可能认为移动语义是个好主意，但在这种情况下，这并不能真正起作用，因为BigBaseClass是一个基类，将BigDerivedClass移动到BigBaseClass中只会移动BigBaseClass部分。但是使用智能指针也是个好主意，除非您确信代码的其余部分没有异常。

相关文章：