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C++中產(chǎn)生臨時(shí)對(duì)象的情況及其解決方案

更新時(shí)間：2024年05月28日 10:01:18 作者：weixin_44902783

這篇文章主要介紹了C++中產(chǎn)生臨時(shí)對(duì)象的情況及其解決方案,以值傳遞的方式給函數(shù)傳參,類型轉(zhuǎn)換以及函數(shù)需要返回對(duì)象時(shí),并給對(duì)應(yīng)給出了詳細(xì)的解決方案,通過(guò)圖文結(jié)合的方式講解的非常詳細(xì),需要的朋友可以參考下

1.以值傳遞的方式給函數(shù)傳參

1.1以值傳遞的方式給函數(shù)傳參

按值傳遞時(shí)，傳給函數(shù)的參數(shù)會(huì)調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)對(duì)象，所有在函數(shù)體內(nèi)的操作都是在這個(gè)臨時(shí)對(duì)象上的操作，所以函數(shù)體內(nèi)對(duì)該臨時(shí)對(duì)象進(jìn)行任何操作都不會(huì)影響原參數(shù)。當(dāng)臨時(shí)對(duì)象銷毀時(shí)，即函數(shù)形參銷毀，就會(huì)調(diào)用該臨時(shí)對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)。無(wú)論是調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)還是析構(gòu)函數(shù)，都是額外的開(kāi)銷。

1.2 解決方案—以引用的方式傳參

如何避免這種臨時(shí)對(duì)象的產(chǎn)生呢？

只要把以值傳遞的方式修改為以引用傳遞的方式即可。這樣既不會(huì)調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)，也不會(huì)多調(diào)用一次臨時(shí)對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)。因此能夠減少額外不必要的開(kāi)銷。引用是對(duì)象本身，只是對(duì)象的一個(gè)別名。

2.類型轉(zhuǎn)換生成的臨時(shí)對(duì)象

class TempObj
{
public:
	TempObj(int a = 10, int b=20)
	{
		_capacity = a;
		_size = b;
		cout << "有參構(gòu)造" << endl;
		cout << "_capacity=" << _capacity << ",_size=" << _size << endl;
	}
 
	TempObj(const TempObj& p)
	{
		cout << "拷貝構(gòu)造" << endl;
	}
 
	~TempObj()
	{
		cout << "析構(gòu)函數(shù)" << endl;
	}
 
	int GetSum(TempObj& p)
	{
		int sum = p._capacity + p._size;
		return sum;
	}
 
public:
	int _capacity;
	int _size;
};
 
 
int main()
{
	TempObj m1(28,29), m2;
	m2 = 30;
	cout << "sum=" << m1.GetSum(m2) << endl;
}

運(yùn)行結(jié)果如下：

main函數(shù)創(chuàng)建了兩個(gè)對(duì)象m1和m2，但輸出卻調(diào)用了三次構(gòu)造函數(shù)。關(guān)鍵在于m2=30;30和m2的類型不同，但編譯器為了通過(guò)編譯以30為參數(shù)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建了一個(gè)臨時(shí)對(duì)象。

解決辦法如下及運(yùn)行結(jié)果如下：

此時(shí)，“=”號(hào)由原本的賦值變成了構(gòu)造。對(duì)m2的構(gòu)造推遲了，當(dāng)定義TempObj m2時(shí)，在main的棧中為m2對(duì)象創(chuàng)建了一個(gè)預(yù)留空間，而我們用30調(diào)用構(gòu)造函數(shù)時(shí)，此時(shí)的構(gòu)造函數(shù)是在m2預(yù)留的空間中進(jìn)行的，因此減少了一次臨時(shí)對(duì)象的創(chuàng)建。

3.函數(shù)返回一個(gè)對(duì)象

一個(gè)函數(shù)若直接返回類對(duì)象，一般會(huì)生成臨時(shí)類對(duì)象變量，需多次調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)（copy constructor）造成效率低下。

3.1 需要構(gòu)造臨時(shí)對(duì)象的例子--例1

需要構(gòu)造臨時(shí)對(duì)象的一個(gè)典型的情況就是我們需要把函數(shù)的返回值賦給一個(gè)已經(jīng)存在的對(duì)象a，在這種情況下之所以不能直接使用的a的地址來(lái)存放函數(shù)f()的返回值。因?yàn)閷?duì)象a現(xiàn)在里面已經(jīng)有一些數(shù)據(jù)了，所以先要把對(duì)象a中的數(shù)據(jù)釋放掉，然后才能去接受新的數(shù)據(jù)。這種先釋放然后再拷貝的行為就是在賦值運(yùn)算符的重載里面實(shí)現(xiàn)的。

在整個(gè)過(guò)程中，f()的調(diào)用者必須要先提供一個(gè)存放函數(shù)返回值的臨時(shí)對(duì)象的地址，然后等f(wàn)()返回之后，這個(gè)臨時(shí)對(duì)象中存放的就是函數(shù)返回的對(duì)象。再通過(guò)移動(dòng)的賦值將臨時(shí)對(duì)象的值賦給a。如下圖所示。

class TempObj
{
public:
	TempObj()
	{
		cout << "無(wú)參構(gòu)造函數(shù)" << endl;
		std::cout << "Constructor on addr:" << static_cast<const void*>(this) << std::endl;
	}
 
	TempObj(const TempObj& p)
	{
		cout << "拷貝構(gòu)造函數(shù)" << endl;
		std::cout << "Copy constructor, this addr:" << static_cast<const void*>(this) << std::endl;
	}
 
	//賦值運(yùn)算符重載
	TempObj& operator=(const TempObj& p)
	{
		cout << "operator=(TempObj& to)" << endl;
		if (this != &p)
		{
			//_capacity = p._capacity;
		}
		std::cout << "Move constructor, this addr:" << static_cast<const void*>(this) << std::endl;
		return *this;
	}
 
	~TempObj()
	{
		cout << "析構(gòu)函數(shù)" << endl;
	}
};
 
TempObj GetObject()
{
	std::cout << ">>>Enter GetObject..." << std::endl;
	TempObj tmp;
	return tmp;
}
 
int main()
{
	TempObj m1;
	m1 = GetObject();
	std::cout << "<<<Leave GetObject..." << std::endl;
 
	return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果如下：

首先，我們構(gòu)造了一個(gè)對(duì)象m1,m1的地址就是00000049B02FFAA4，之后調(diào)用函數(shù)GetObject()，并把函數(shù)GetObject()的返回值賦值給M1。從運(yùn)行結(jié)果可知，在GetObject()函數(shù)內(nèi)部構(gòu)造了一個(gè)新的對(duì)象即臨時(shí)對(duì)象，地址為00000049B02FFB84。這個(gè)臨時(shí)對(duì)象的空間是由函數(shù)GetObject()的調(diào)用者main函數(shù)提供的。等GetObject()調(diào)用結(jié)束，會(huì)調(diào)用賦值操作符的重載函數(shù)，將臨時(shí)的對(duì)象賦值給m1。

3.2 需要構(gòu)造臨時(shí)對(duì)象的例子--例2

用圖將該情況畫(huà)出來(lái)，如下圖所示：

tmp1和tmp2都是處于函數(shù)GetObject()開(kāi)辟的棧幀上面，第一步是將需要返回的對(duì)象，通過(guò)拷貝構(gòu)造函數(shù)構(gòu)造到函數(shù)GetObject()的調(diào)用者提供的存放返回值的空間上去，即(ret)的位置。第二步是調(diào)用賦值將該臨時(shí)賦值給m1。

代碼如下：

class TempObj
{
public:
	TempObj()
	{
		cout << "無(wú)參構(gòu)造函數(shù)" << endl;
		std::cout << "Constructor on addr:" << static_cast<const void*>(this) << std::endl;
	}
 
	TempObj(const TempObj& p)
	{
		cout << "拷貝構(gòu)造函數(shù)" << endl;
		std::cout << "Copy constructor, this addr:" << static_cast<const void*>(this) << std::endl;
	}
 
	//賦值運(yùn)算符重載
	TempObj& operator=(const TempObj& p)
	{
		cout << "operator=(TempObj& to)" << endl;
		if (this != &p)
		{
			//_capacity = p._capacity;
		}
		std::cout << "Move constructor, this addr:" << static_cast<const void*>(this) << std::endl;
		return *this;
	}
 
	~TempObj()
	{
		cout << "析構(gòu)函數(shù)" << endl;
	}
};
 
TempObj GetObject(int i)
{
	std::cout << ">>>Enter GetObject..." << std::endl;
	TempObj tmp1, tmp2;
	if (i > 0)
		return tmp1;
	else
		return tmp2;
}
 
int main()
{
	TempObj m1;
	m1 = GetObject(1);
	std::cout << "<<<Leave GetObject..." << std::endl;
 
	return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果如下：

首先我們構(gòu)造一個(gè)m1，m1的地址為：000000CC1035FA54；然后進(jìn)入到函數(shù)GetObject()，該函數(shù)中會(huì)構(gòu)造兩個(gè)對(duì)象tmp1和tmp2，tmp1的地址為：000000CC1035F8F4，tmp2的地址為：000000CC1035F914。根據(jù)輸入決定哪個(gè)對(duì)象返回作為結(jié)果，然后將該結(jié)果賦值給m1。之后，調(diào)用了拷貝構(gòu)造函數(shù)，這里出現(xiàn)了地址：000000CC1035FB34，該地址對(duì)應(yīng)的就是臨時(shí)對(duì)象，這個(gè)臨時(shí)對(duì)象的地址是由函數(shù)GetObject()的調(diào)用者main函數(shù)所提供的，這個(gè)地址位于main函數(shù)開(kāi)辟的棧幀上，可以看到該地址和m1的地址離的比較近。

根據(jù)輸入的情況，我們把tmp1和tmp2中的1個(gè)通過(guò)拷貝構(gòu)造函數(shù)構(gòu)造出來(lái)，返回的結(jié)果通過(guò)賦值重載函數(shù)賦值到m1上，地址為：000000CC1035FA54。

3.3 返回值優(yōu)化

上圖中所說(shuō)的優(yōu)化即是指C++11以及之后的C++14、17標(biāo)準(zhǔn)均提出一項(xiàng)編譯優(yōu)化技術(shù)：復(fù)制省略（copy elision，也稱復(fù)制消除），這項(xiàng)優(yōu)化技術(shù)的中心思想是：一個(gè)函數(shù)若直接返回類對(duì)象，一般會(huì)生成臨時(shí)類對(duì)象變量，需多次調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)（copy constructor）造成效率低下，編譯器對(duì)此優(yōu)化，省略其中的拷貝構(gòu)造環(huán)節(jié)，達(dá)到提升效率的目的。

class TempObj
{
public:
	TempObj()
	{
		cout << "無(wú)參構(gòu)造函數(shù)" << endl;
		std::cout << "Constructor on addr:" << static_cast<const void*>(this) << std::endl;
	}
 
	TempObj(const TempObj& p)
	{
		cout << "拷貝構(gòu)造函數(shù)" << endl;
		std::cout << "Copy constructor, this addr:" << static_cast<const void*>(this) << std::endl;
	}
 
	//賦值運(yùn)算符重載
	TempObj& operator=(const TempObj& p)
	{
		cout << "operator=(TempObj& to)" << endl;
		if (this != &p)
		{
			//_capacity = p._capacity;
		}
		std::cout << "Move constructor, this addr:" << static_cast<const void*>(this) << std::endl;
		return *this;
	}
 
	~TempObj()
	{
		cout << "析構(gòu)函數(shù)" << endl;
	}
 
	void Print(const char* pre)
	{
		std::cout << pre << "addr"
			<< static_cast<const void*>(this) << std::endl;
	}
};
 
TempObj GetObject()
{
	std::cout << ">>>Enter GetObject..." << std::endl;
	TempObj tmp;
	return tmp;
}
 
int main()
{
	TempObj m1 = GetObject();
	std::cout << "<<<Leave GetObject..." << std::endl;
	m1.Print("Variable  m1:");
 
	return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

在上述代碼追蹤構(gòu)造函數(shù)和拷貝構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用，以及構(gòu)造所發(fā)生的地址，以及提供一個(gè)打印函數(shù)，來(lái)打印某一個(gè)m1對(duì)象的地址。

通過(guò)GetObject()函數(shù)構(gòu)造一個(gè)m1對(duì)象，并打印m1的地址。通過(guò)程序運(yùn)行的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我們進(jìn)入到GetObject()函數(shù)時(shí)，首先構(gòu)造了一個(gè)TempObj的對(duì)象tmp，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)這里tmp對(duì)象所使用的地址就是最后對(duì)象m1的地址。也就是說(shuō)在這整個(gè)過(guò)程里面，我們并沒(méi)有構(gòu)造一個(gè)另外的tmp對(duì)象，而是直接使用的是需要返回的m1的地址。整個(gè)過(guò)程中，并沒(méi)有調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)。這種優(yōu)化就叫Copy elision。

這種情況是直接使用函數(shù)的返回值去構(gòu)造一個(gè)新的對(duì)象的情況，這種情況下是不需要臨時(shí)對(duì)象的，因?yàn)橛行碌膶?duì)象的地址，我們可以直接使用這個(gè)地址來(lái)存放這個(gè)函數(shù)所需要返回的對(duì)象。

這種優(yōu)化不適用的情況

class TempObj
{
public:
	TempObj()
	{
		cout << "無(wú)參構(gòu)造函數(shù)" << endl;
		std::cout << "Constructor on addr:" << static_cast<const void*>(this) << std::endl;
	}
 
	TempObj(const TempObj& p)
	{
		cout << "拷貝構(gòu)造函數(shù)" << endl;
		std::cout << "Copy constructor, this addr:" << static_cast<const void*>(this) << std::endl;
	}
 
	//賦值運(yùn)算符重載
	TempObj& operator=(const TempObj& p)
	{
		cout << "operator=(TempObj& to)" << endl;
		if (this != &p)
		{
			//_capacity = p._capacity;
		}
		std::cout << "Move constructor, this addr:" << static_cast<const void*>(this) << std::endl;
		return *this;
	}
 
	~TempObj()
	{
		cout << "析構(gòu)函數(shù)" << endl;
	}
 
	void Print(const char* pre)
	{
		std::cout << pre << "addr"
			<< static_cast<const void*>(this) << std::endl;
	}
};
 
TempObj GetObject(int i)
{
	std::cout << ">>>Enter GetObject..." << std::endl;
	TempObj tmp1, tmp2;
	if (i > 0)
		return tmp1;
	else
		return tmp2;
}
 
int main()
{
	TempObj m1 = GetObject(1);
	std::cout << "<<<Leave GetObject..." << std::endl;
	m1.Print("Variable  m1:");
 
	return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：