在调用C++/STL算法时，可视化消除了不必要的副本

• 为了更好地说明我的问题，我编写了以下示例。

• 在下面的代码中，我介绍了一个函数对象(即funObj)。

• 在funObj类的定义中，定义了一个名为id的积分成员变量来保存所构建的每个funObj的ID，并定义了一种静态积分成员变量n来计数所创建的funObj对象。

• 因此，每次构造对象funObj时，n增加一，并且其值被分配给新创建的funObj的id字段。

• 此外，我还定义了一个默认构造函数、一个复制构造函数和一个析构函数。这三个都在向stdout打印消息，以表示它们的调用以及它们所指的funObj的ID

• 我还定义了一个函数func，它接受类型为funObj的值对象作为输入。

代码：

#include <vector>
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <functional>
template<typename T>
class funObj {
std::size_t id;
static std::size_t n;
public:
funObj() : id(++n) 
{ 
std::cout << "    Constructed via the default constructor, object foo with ID(" << id << ")" << std::endl;
}
funObj(funObj const &other) : id(++n) 
{
std::cout << "    Constructed via the copy constructor, object foo with ID(" << id << ")" << std::endl;
}
~funObj()
{ 
std::cout << "    Destroyed object foo with ID(" << id << ")" << std::endl;
}
void operator()(T &elem)
{ 
}
T operator()()
{
return 1;
}
};
template<typename T>
void func(funObj<T> obj) { obj();  }
template<typename T>
std::size_t funObj<T>::n = 0;
int main()
{
std::vector<int> v{ 1, 2, 3, 4, 5, };
std::cout << "> Calling `func`..." << std::endl;
func(funObj<int>());
std::cout << "> Calling `for_each`..." << std::endl;
std::for_each(std::begin(v), std::end(v), funObj<int>());
std::cout << "> Calling `generate`..." << std::endl;
std::generate(std::begin(v), std::end(v), funObj<int>());
// std::ref 
std::cout << "> Using `std::ref`..." << std::endl;
auto fobj1 = funObj<int>();
std::cout << "> Calling `for_each` with `ref`..." << std::endl;
std::for_each(std::begin(v), std::end(v), std::ref(fobj1));
std::cout << "> Calling `generate` with `ref`..." << std::endl;
std::for_each(std::begin(v), std::end(v), std::ref(fobj1));
return 0;
}

输出：

正在调用func。。。

通过默认构造函数构造，ID为(1)的对象foo

ID为(1)的已销毁对象foo

正在调用for_each。。。

通过默认构造函数构造，ID为(2)的对象foo

通过复制构造函数构造，ID为(3)的对象foo

ID为(2)的已销毁对象foo

ID为(3)的已销毁对象foo

正在调用generate。。。

通过默认构造函数构造，ID为(4)的对象foo

通过复制构造函数构造，ID为(5)的对象foo

ID为(5)的已销毁对象foo

ID为(4)的已销毁对象foo

使用std::ref。。。

通过默认构造函数构造，ID为(6)的对象foo

用ref调用for_each。。。

正在用ref调用generate。。。

已销毁ID为(6)的对象foo

讨论：

从上面的输出中可以看出，使用类型为funObj的临时对象调用函数func会导致构造单个funObj对象(即使func按值传递其参数)。然而，当将类型为funObj的临时对象传递给STL算法std::for_each和std::generate时，情况似乎并非如此。在前一种情况下，会调用复制构造函数，并构造一个额外的funObj。在相当多的应用程序中，创建这种"不必要"的副本会显著降低算法的性能。基于这一事实，提出了以下问题。

问题：

1. 我知道大多数STL算法都是按值传递参数的。然而，与同样按值传递其输入参数的func相比，STL算法生成了一个额外的副本。这个"不必要"的复制是什么原因
2. 有没有办法消除这种"不必要"的拷贝
3. 当调用std::for_each(std::begin(v), std::end(v), funObj<int>())和func(funObj<int>())时，临时对象funObj<int>分别生活在哪个作用域中
4. 我已经尝试使用std::ref来强制通过引用，正如你所看到的，"不必要的"拷贝被消除了。然而，当我试图将一个临时对象传递给std::ref(即std::ref(funObj<int>()))时，我会遇到编译器错误。为什么这种言论是非法的
5. 输出是使用VC++2013生成的。正如您所看到的，在调用std::for_each时出现异常，对象的析构函数被以相反的顺序调用。为什么会这样
6. 当我在运行GCC v4.8的Coliru上运行代码时，使用析构函数的异常情况得到了修复，但std::generate不会生成额外的副本。为什么会这样

详细信息/评论：

• 以上输出来自VC++2013

更新：

• 我还在funObj类中添加了一个move构造函数(请参阅下面的代码)

funObj(funObj&& other) : id(other.id)
{
other.id = 0;
std::cout << "    Constructed via the move constructor, object foo with ID(" << id << ")" << std::endl;
}

• 我还在VC++2013中启用了完全优化，并在发布模式下编译

输出(VC++2013)：

正在调用func。。。

通过默认构造函数构造，ID为(1)的对象foo

ID为(1)的已销毁对象foo

正在调用for_each。。。

通过默认构造函数构造，ID为(2)的对象foo

通过move构造函数构造，对象foo ID为(2)

ID为(2)的已销毁对象foo

已销毁ID为(0)的对象foo

正在调用generate。。。

通过默认构造函数构造，ID为(3)的对象foo

通过复制构造函数构造，ID为(4)的对象foo

ID为(4)的已销毁对象foo

ID为(3)的已销毁对象foo

使用std::ref。。。

通过默认构造函数构造，ID为(5)的对象foo

用ref调用for_each。。。

用ref调用generate。。。

已销毁ID为(5)的对象foo

输出GCC 4.8

正在调用func。。。

通过默认构造函数构造，ID为(1)的对象foo

ID为(1)的已销毁对象foo

正在调用for_each。。。

通过默认构造函数构造，ID为(2)的对象foo

通过move构造函数构造，对象foo ID为(2)

ID为(2)的已销毁对象foo

已销毁ID为(0)的对象foo

正在调用generate。。。

通过默认构造函数构造，ID为(3)的对象foo

ID为(3)的已销毁对象foo

通过默认构造函数构造，ID为(4)的对象foo

用ref调用for_each。。。

用ref调用generate。。。

已销毁ID为(4)的对象foo

似乎VC++2013std::generate生成了一个额外的副本，无论优化标志是否打开，编译是否处于发布模式，以及是否定义了移动构造函数。