复杂的C++，当函数返回对象到底发生了什么

2021-03-05 19:01:44 阅读：153 来源： 互联网

我们知道，当函数运行结束的时候，函数内部的局部变量就会消失，这C/C++里没有任何疑问的规定，但是今天我在写代码的时候突然就想到了一个相当纠结的问题，那就是当我一个函数返回类型是一个对象的时候，以我当时掌握的知识理解，当函数返回时回要生成一个临时对象，这个临时对象可能会开销很多资源，那么这样我们的函数就不能设计成一个返回类型为对象的函数了，或者想办法避免产生这个临时对象，方法就是使用动态分配内存。出于验证的想法，我写了下面一段代码进行测试：

#include <iostream>
using namespace std;
struct Test{
    Test() {cout<<"Constructor"<<endl;}
    Test(const Test &){cout<<"copy Constructor"<<endl;}
    ~Test() {cout<<"destroy"<<endl;}
};
Test fun()
{
    Test t1;
    cout<<"&t1 is "<<&t1<<endl;
    return t1;
}
int main()
{
    fun();
    cout<<"This is a test!"<<endl;
    return 0;
}

对于上面的代码，我的思考是这样的：
首先调用函数fun()，调用构造函数产生t1，输出t1的地址，到达return t1语句，这时调用拷贝构造函数产生一个临时对象，t1析构，临时对象析构，输出”This is a test!”,程序结束。

没错吧？对于上面的思考过程，如果你以前对C++有深入的了解，对这样的思考过程应该是认同的吧

好，我们用g++编译运行一下，我的g++版本是gcc version 4.8.4 (Ubuntu 4.8.4-2ubuntu1~14.04.3)，下面是运行结果

Constructor
&t1 is 0x7ffce5a4956f
destroy
This is a test!

不对吧？从这个结果看，好像没有产生临时对象啊，难道是我错了？还是说g++发现我没有使用函数的返回值然后帮我优化了？OK，我就修改一下代码：

int main()
{
    Test t2 = fun();
    cout<<"&t2 is "<<&t2<<endl;
    cout<<"This is a test!"<<endl;
    return 0;
}

如果的想法是没有错的，那么过程应该是这样的：
– 首先调用函数fun()，调用构造函数产生t1，输出t1的地址，到达return t1语句，这时调用拷贝构造函数产生一个临时对象，t1析构，调用拷贝构造函数产生对象t2,临时对象析构，输出t2的地址，输出”This is a test!”,t2析构，程序结束。

实际用g++编译运行的结果是：

Constructor
&t1 is 0x7fff5303673f
&t2 is 0x7fff5303673f
This is a test!
destroy

妈呀！这是什么情况？我怎么有点懵逼啊？从这个结果看，只在fun()里调用了一次构造函数，产生t1对象，没有产生临时对象就算了，把我的t2都搞没了是怎么回事？不对，发现一个新问题，t1对象的析构函数怎么变成了在程序结束的时候才调用？不应该是函数fun()结束后就调用的吗？难道又是编译器给优化了？我把优化选项关了，编译时采用的是-O0参数，不过结果还是没有调用拷贝构造函数产生t2，这里我对优化选项了解得不深，所以我采用了代码进行另外的测试。

带着新问题，我又继续写了几段测试代码，测试为什么没有产生t1对象，发现真的是编译器进行了优化（可见-O0选项其实也是对性能进行了一定优化的），我们看看下面这段，编译器不可以采用优化的：

Test fun2(Test const &t)
{
    cout<<"&t3 is "<<&t3<<endl;
    return t;
}
int main()
{
    const Test t3;
    Test t2 = fun2(t3);
    cout<<"&t2 is "<<&t2<<endl;
    cout<<"This is a test!"<<endl;
    return 0;
}

运行的结果是：

Constructor
&t3 is 0x7ffec045a2be
copy Constructor
&t2 is 0x7ffec045a2bf
This is a test!
destroy
destroy

没错，这里调用拷贝构造函数产生了t2了，是编译器优化了之前的那段代码，把原本应该在fun()结束时就析构的t1继续当成了t2使用，提高了效率。

好了，我们回到一开始的问题了，按照之前的理解，函数返回应该是要产生一个临时对象的，我记得在《C++Primer》中都是有提及的，带着这个疑问，我又继续百度了，果然证明我一开始的认知是没有错的，传送门，这是一种叫返回值优化的机制（Return Value Optimization，简称RVO），具体有兴趣的同学去仔细看看。

原来就是g++编译器帮我们优化，以提高性能的，我们可以通过在编译的时候，加上-fno-elide-constructors这个选项，来去除这个优化（再次证明我对g++优化没有一个系统的学习）

我们重新编译最开始的那段程序

g++ -o test test.cpp -fno-elide-constructors

运行：

./test

运行结果：

Constructor
&t1 is 0x7ffeaf3d693f
copy Constructor
destroy
destroy
This is a test!

这下没错了，完全符合一开始的猜想，不过这种产生临时对象的做法效率实在会大大降低，所以g++优化得好啊，不过我们还是要知道编译器帮我们干了这么一回事，以防有什么特殊情况。

写到这里，我又想说了，可能有的人认为不用如此纠结这种问题，但我觉得如果想用真正精通C++，那么我们就必须知道编译器纠结都干了什么，C++之所以那么复杂，那么难，就是因为编译器会帮我们干一些我们可能不知道的事情。

标签：返回,函数,对象,t2,C++,t1,编译器,test,构造函数
来源： https://blog.csdn.net/Fei20140908/article/details/114408178

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