C++ 拷贝构造函数｜编译器优化

今天碰到一件令我百思不得其解的问题：为什么拷贝构造函数不按自己所预期的结果输出？按 C++ 的语法来说，本该如此，并非自己理解有误而导致的。

今天碰到一件令我百思不得其解的问题：为什么拷贝构造函数不按自己所预期的结果输出？

按 C++ 的语法来说，本该如此，并非自己理解有误而导致的！

功夫不负有心人，经过几天的搜索🔍、学习👨‍💻，我总算明白并解决了这个问题，特此输出该文记录一下。

📈 背景知识

1. 构造函数

💛创建并初始化类的数据成员时调用

2. 析构函数

💚当对象生命周期终止时调用，用于释放对象占有的资源

3. 拷贝构造函数

❤调用时机：

• 将某个对象用于初始化另一个新创建的对象时
• 当对象作为参数传递给函数，且函数形参为普通对象时（因为引用对象不会调用拷贝构造函数）
• 对象作为函数的返回值时

💙注意：

• 如果在类中没有定义拷贝构造函数，编译器会自行定义一个；
• 如果类带有指针变量，并有动态内存分配，则它必须有一个拷贝构造函数。

🌄 进入正题

先来看一段包含构造函数、析构函数、拷贝构造函数的简单代码，代码中穿插着许多注释，这里就不再一一解释。

本文旨在探索拷贝构造函数，构造函数与析构函数仅为顺带学习而提及，可略过这二者。

顺带一提，注释中标注的各类函数调用顺序仅针对于预期结果。

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#include <iostream>

using namespace std;

class Point {
public:
    int x;
    int y;
    int *p;

    Point(int xx, int yy, int *pp);

    ~Point();

    Point(const Point &point);
};

// 构造函数
Point::Point(int xx, int yy, int *pp) : x(xx), y(yy) {
    // 申请一块值为*pp的内存空间, 并让指针p指向它!
    p = new int(*pp);
    // p = new int;
    // *p = *pp;
    cout << "Point()" << endl;
}

// 析构函数
Point::~Point() {
    delete p;
    cout << this->x << "~Point()" << endl;
}

// 拷贝构造函数
Point::Point(const Point &point) {
    this->x = point.x;
    this->y = point.y;
    p = new int;
    *p = *point.p;
    cout << "Copy-Constructor()" << endl;
}

// 参数为对象, 调用拷贝构造函数
// 若定义为 const Point &point 则不会调用拷贝构造函数: 因为 & 是引用, 会指向同一个对象, 而不是拷贝!
void display(Point point) {
    point.x = 4;
}

// 返回值为对象, 调用拷贝构造函数
Point returnPoint() {
    int c = 6;
    Point point(7, 5, &c);
    return point;
}

int main() {
    int z = 3;
    // 调用构造函数
    Point point1(1, 2, &z);     // 1.Point()、11.~Point()

    // 情况1: 调用拷贝构造函数
    Point point2 = point1;                  // 2.Copy-Constructor()、10.~Point()
    point2.x = 2;

    // 情况2: 调用拷贝构造函数
    display(point2);                  // 3.Copy-Constructor()、4.~Point()

    // 情况3: 调用拷贝构造函数???
    Point point3 = returnPoint();           // 5.Point()、6.Copy-Constructor()、7.~Point()、8.Copy-Constructor()、9.~Point()、10.~Point()
    point3.x = 10;

    return 0;
}

运行结果

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Point()
Copy-Constructor()
Copy-Constructor()
4~Point()
Point()
10~Point()
2~Point()
1~Point()

预期结果

🛕各类函数的调用顺序均已在注释中标明！

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Point()
Copy-Constructor()
Copy-Constructor()
4~Point()
Point()
Copy-Constructor()
7~Point()
Copy-Constructor()
7~Point()
10~Point()
2~Point()
1~Point()

🤨 分析原因

浅浅分析下运行结果与预期结果之间拷贝构造函数调用的差异。

如果你感兴趣，可以自己去调试下，最后发现问题出在 情况 3: Point point3 = returnPoint(); 处，也就是函数的返回值为对象时。

为什么？！

🚀原来是 GCC 做了优化，当返回值为对象时，不再产生临时对象，因此不再调用拷贝构造函数。

再来对比下两个结果，可见直接把 2 个拷贝构造函数都优化掉了，

⭐这时候又会有人问了：诶，为什么是 2 个，情况 3 不就是对象作为函数返回值吗？不就只会调用 1 次拷贝构造函数吗？

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// ...
Point returnPoint() {
    int c = 6;
    Point point(7, 5, &c);
    return point;
}

int main() {
    Point point3 = returnPoint();
    // ...
}

就这部分代码而言，我的猜想是这样的：

1. returnPoint() 函数返回对象时，将其拷贝到一个临时对象 temp 中（① 调用拷贝构造函数），然后释放函数中的局部对象；
2. 当执行到 Point point3 = returnPoint(); 时，将对象赋值给 point3（② 再次调用拷贝构造函数），并释放临时对象 temp，最后释放 point3 对象。

差不多是这么回事

当然以上没有很严谨的科学依据，但是经过我几番调试，输出结果也吻合，估计是八九不离十！

🌍 解决办法

Q：如果一定想要让拷贝构造函数在这种情况下执行呢？

A：只需要让 GCC 不要优化：在编译命令中加入 -fno-elide-constructors 参数，例如 g++ -fno-elide-constructors CopyConstructor.cpp.

我个人是使用的 C++ IDE 是 CLion ，如下也给出相应的解决办法。

因为使用 IDE 就是为了快速编译运行，不可能每次都执行相应代码来运行程序，所以需要配置。

只需在 CMakeLists.txt 中添加如下代码：

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# 添加编译选项! ==> 防止g++优化导致"返回对象不调用拷贝构造函数"！
add_definitions(-fno-elide-constructors)

🗺提醒一下：如果你的代码依赖于拷贝构造函数的副作用，那么你的代码就写得很烂。你编写的拷贝构造函数就应该保证这样的优化是安全的。

⛵ 最后

gcc 和 g++ 是什么，有什么区别？

该段落出自：http://c.biancheng.net/view/7936.html

发展至今，GCC 编译器的功能也由最初仅能编译 C 语言，扩增至可以编译多种编程语言，其中就包括 C++ 。

除此之外，当下的 GCC 编译器还支持编译 Go、Objective-C，Objective-C ++，Fortran，Ada，D 和 BRIG（HSAIL）等程序，甚至于 GCC 6 以及之前的版本还支持编译 Java 程序。

那么，在已编辑好 C 语言或者 C++ 代码的前提下，如何才能调用 GCC 编译器为我们编译程序呢？很简单，GCC 编译器已经为我们提供了调用它的接口，对于 C 语言或者 C++ 程序，可以通过执行 gcc 或者 g++ 指令来调用 GCC 编译器。

值得一提的是：实际使用中我们更习惯使用 gcc 指令编译 C 语言程序，用 g++ 指令编译 C++ 代码。需要强调的一点是，gcc 指令也可以用来编译 C++ 程序，同样 g++ 指令也可以用于编译 C 语言程序。

⭐总结：

• gcc 是 GCC 中的 GUN C Compiler（C 编译器）
• g++ 是 GCC 中的 GUN C++ Compiler（C++编译器）

CMakeLists.txt 超傻瓜式教程

CMake 命令官网：cmake.org

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# 本CMakeLists.txt的project名称
# 会自动创建两个变量，PROJECT_SOURCE_DIR和PROJECT_NAME
# ${PROJECT_SOURCE_DIR}：本CMakeLists.txt所在的文件夹路径
# ${PROJECT_NAME}：本CMakeLists.txt的project名称
project(xxx)

# 获取路径下所有的.cpp/.c/.cc文件，并赋值给变量中
aux_source_directory(路径 变量)

# 给文件名/路径名或其他字符串起别名，用${变量}获取变量内容
set(变量 文件名/路径/...)

# 添加编译选项
add_definitions(编译选项)

# 打印消息
message(消息)

# 编译子文件夹的CMakeLists.txt
add_subdirectory(子文件夹名称)

# 将.cpp/.c/.cc文件生成.a静态库
# 注意，库文件名称通常为libxxx.so，在这里只要写xxx即可
add_library(库文件名称 STATIC 文件)

# 将.cpp/.c/.cc文件生成可执行文件
add_executable(可执行文件名称 文件)

# 规定.h头文件路径
include_directories(路径)

# 规定.so/.a库文件路径
link_directories(路径)

# 对add_library或add_executable生成的文件进行链接操作
# 注意，库文件名称通常为libxxx.so，在这里只要写xxx即可
target_link_libraries(库文件名称/可执行文件名称 链接的库文件名称)

参考资料

• C++ 返回值为对象时复制构造函数不执行怎么破

• When and why would I use -fno-elide-constructors?

• 说说 g++ 的 -fno-elide-constructors 参数

许可协议

本文由 Yikun Wu 原创，采用 CC BY-NC-SA 4.0 许可协议，转载请注明出处

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