c++23中的新功能之六更简单的隐性Move

一、介绍

在学习c++的过程中，一些老的技法，其实在不断的被自动优化。比如一些循环的优化、字符串的处理等等。随着标准的发展，编译器的跟进，有些优化其实编译器可以做的更好，比如一些字符串处理过程中的临时变量。但是c++毕竟是一门中高级语言，不可能做到面面俱到。这里面仍然有大量的优化需要开发者自己承担，不过，随着更新的c++标准不断提出，又有一些优化的可能被编译器实现了。那就是今天本文提到的“Simpler Implicit Move”。
这里先引入一些基础，需要大家回忆一下在什么情况下会出现复制对象的可能，哪种更频繁。换句话说，哪里有可能出现内存的重复应用，那就有优化的空间，不管他是不是必须的。因为这种必须可能是现在必须，未来未必。

二、返回值的优化

在早期的c++的函数返回值的处理中，可能有印象的早期的学习c++的朋友都知道，返回值是要复制三次的，这对于一个普通的基础类型如int,char之类的还可以忽视，但对于一个拥有数据较多的类对象本身就是一种内存的浪费，所以才有了NRVO，返回值优化。其实这是Copy Elision，复制省略的一种方式。这和前面提到过的COW和零拷贝目的都是一样的，内存毕竟宝贵，省一下是一下，省一回是一回。看下面的一个例子：

struct A
{
    A() {};
    A(const A&) {};
    A(A&&) noexcept {};
};
A Create()
{
    return A{};
};
A Inst()
{
    A a = Create();
    return a;
}
void Get()
{
    A a1 = Inst();
}

这里面有拷贝构造函数和移动构造函数，对于这种non-trivial的行为，c++的中会产生多次拷贝和移动。但是这时，编译器就出手了。先分析一下，如果从代码上分析，A构造会产生一次，然后再移动构造一次，Create后返回被拷贝一次，最后a1再来一次移动构造。然后在c++11标准后的编译器，发现有的处理其实是在Get（）函数的栈帧上，所以它直接掠过当中的拷贝把a返回到a1中，省略一次拷贝。其实编译器不但会省略这一步，还会进一步把Create函数的结果直接拷贝到a1，这在c++11以前的编译器中，就称为前面说的NRVO。但是它有着一些比较严格的媱，比如返回值不能有修饰，比如move之类的，这就没办法NRVO了。另外，要求返回值必须有明确的拷贝构造函数且必须是同一类（父子类都不行）
而在c++11中，则提出implicit move，其实就是对移动处理这些，即先把返回值定做右值进行重载，成功就NRVO，不成功则回到原来的NRVO规则。

std::unique_ptr Get()
{
    std::unique_ptr uPtr =  Inst();
    return uPtr;
}

三、c++14以后的变化

技术标准只要开了口子，在不会有威胁时，只会越开越大，c++14以后进一步进行了放松，即对返回同类型也不要求必须完全一致了，即下面也是可以的：

struct P { };
struct S : public P { };
std::unique_ptr
 Get()
{
    std::unique_ptr uPtr = Inst();
    return uPtr;
}

原来的标准中，复制省略在不同的类型中是完全不起作用的，但是在c++14后，将其看做右值，利用移动构造函数来返回。
在c++20后，继续放松，但它更倾向于复制省略而非implicit move，看一个例子：

struct S {};
struct S1 { S1(S ss){}; };//S1接受S的值来构造
S1 Get() { S s; return s; }

在c++17中，在Get函数中，s会被先拷贝，然后调用S1的构造函数，因为S1没有&&移动构造函数（这是c++11中implicit move严格接受右值，必须有S1（S&&）这种签名才可），但是在c++20 中则进一步放松，此处即可调用S的移动构造函数，然后再调用S1的构造函数。
但是有没有发现，下面的例子却编译不过：

struct S {};
struct S1 { S1(S &&ss){}; };
S&& Get() { S s; return s; }

不行的原因是，c++中怎么可以允许你返回一个悬垂引用（野指针）。

等到了c++23，则又出现了新的问题，这个问题还是上面的这个问题引出的，看下面的例子：

struct S {};
struct S1 { S1(S&&){}; };
S1 Get1(S&& s) { return s; }
//下面的错误
S&& Get2(S&& s) { return s; }

刚刚在前面说过的话，只要能省略的，都有优化的可能。这里的代码不再有NRVO，只是直接把s返回，如果可以，这就有点香了。但一个左值变成右值需要std::move，这从一个右值变成左右再变成右值，明显是在玩儿闹啊。标准制定者后终决定，只要可以move的return值，直接把返回值做为右值。但是这个有点小瑕疵，看下面的代码：

int& Example() {int a = 0; return a;}   (1)
int&& Example() {int a = 0; return a;}  (2)

如果认真学习过c++的基础语法的都明白，（1）式是明显的返回一个临时变量的引用（悬垂引用，这个和野指针是一个道理），这玩意儿闹大了啊，但在c++23中这个玩意儿合法了。惊不惊喜，意不意外。但（2）式仍然是个坏孩子，返回一个悬垂引用。

四、总结

通过对上面的隐性移动的不断扩展的路程可以看到，标准的演化，仍然是前面分析过的，不断的朝着简单，填坑的方向发展。在尽量易用的前提下，把特殊情况不断的排除。这也是c++原来固有的一个毛病，大多数可以，有几种情况不可以，有些开发者可能一辈子都遇不到这些情况，但面试时还得被虐。话又说回来，标准发展着就发现，有些东西还是得补洞，不然会有新的窟窿出来。完美的事情，毕竟是不存在的。