拷贝省略和虚拟克隆

Question

以下场景如何避免不必要的复制？ Class 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 class 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删除它。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，编译器不太可能聪明到可以在这里实现复制省略（或者是吗？）。那么您有什么建议可以避免这种不必要的复制？

Answer 1

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奏效，因为 BigBaseClass 是一个基 class，将 BigDerivedClass 移动到 BigBaseClass 只会移动 BigBaseClass部分。但是使用智能指针也是个好主意，除非您确定其余代码没有异常。

Answer 2

编译器将不会通过clone()省略副本的构造：只有在非常特殊的情况下才允许省略副本。在允许编译器进行复制省略的所有情况下，所涉及对象的生命周期完全由编译器控制。四种情况是（详见12.8[class.copy]第8段）：

按值返回本地名称。
抛出一个本地对象。
正在复制未绑定到引用的临时对象。
按价值捕捉时。

即使在这些情况下复制省略也适用的细节有些重要。无论如何，return new T(*this); 都不适合这些情况。

典型的大对象不会将它们的数据作为对象的一部分保存。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()} 时保持简单而不想复制 f() 的结果，你可以使用移动构造函数调用 virtual 函数来传输内容而不是复制它:

#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确实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几个指向实际大数据的指针，则移动构造应避免任何相关成本，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，则传输不会真正有帮助（尽管出于各种原因，无论如何这样做通常不是一个好主意）。

拷贝省略和虚拟克隆

copy elision and virtual cloning

c++

copy-elision