瞭解臨時對象的來源

什麼是臨時對象？

        C++真正的臨時對象是不可見的匿名對象，不會出現在你的源碼中，但是程序在運行時確實生成了這樣的對象.

通常出現在以下兩種情況：

（1）爲了使函數調用成功而進行隱式類型轉換的時候。

        傳遞某對象給一個函數，而其類型與函數的形參類型不同時，如果可以通過隱式轉化的話可以使函數調用成功，那麼此時會通過構造函數生成一個臨時對象，當函數返回時臨時對象即自動銷燬。如下例：

//計算字符ch在字符串str中出現的次數 
int countChar (const string& str, char ch); 
char buffer[]; 
char c; 
//調用上面的函數
 countChar (buffer, c);

      我們看的第一個參數爲char[]，而函數的參數類型爲const string&，參數不一致，看看能否進行隱式轉化，string類有個構造函數是可以作爲隱式轉化函數（參見5）的。那麼編譯器會產生一個 string的臨時變量，以buffer爲參數進行構造，那麼countChar中的str參數會綁定到此臨時變量上，直到函數返回時銷燬。

      注意這樣的轉化只會出現在兩種情況下：函數參數以傳值（by value）的方式傳遞 或者 對象被傳遞到一個 reference-to-const 參數上。

傳值方式：

int countChar (string str, char ch); 
string buffer;
 char c;
 //參數通過傳值方式傳遞 
countChar (buffer, c);

       這種方法會調用string的拷貝構造函數生成一個臨時變量，再將這個臨時變量綁定到str上，函數返回時進行銷燬。

傳常量引用：

       開始的實例即時屬於這種情況，但一定強調的是傳遞的是const型引用，如將開始函數的原型改爲

int countChar (string& str, char ch);

       下面調用相同，編譯器會報錯！爲什麼C++設計時要求當對象傳遞給一個reference-to-non-const 參數不會發生隱式類型轉化呢？

       下面的實例可能向你說明這樣設計的目的：

//聲明一個將str中字符全部轉化爲大寫 
void toUpper (string& str); 
char buffer[] = "hazirguo"; 
toUpper(buffer);                 //error!!非const引用傳遞參數不能完成隱式轉化

        如果編譯器允許上面的傳遞完成，那麼，會生成一個臨時對象，toUpper函數將臨時變量的字符轉化爲大寫，返回是銷燬對象，但是對buffer內容毫無影響！程序設計的目地是期望對“非臨時對象”進行修改，而如果對reference-to-non-cosnt對象進行轉化，函數只會對臨時變量進行修 改。這就是爲什麼C++中要禁止non-const-reference參數產生臨時變量的原因了。

（2）當函數返回對象的時候。

        當函數返回一個對象時，編譯器會生成一個臨時對象返回，如聲明一個函數用來合併兩個字符串：

const string strMerge (const string s1, const string s2);

大多時候是無法避免這樣的臨時變量產生的，但是現代編譯器可以將這樣的臨時變量進行優化掉，這樣的優化策略中，有個所謂的“返回值優化”，下一篇具體講解。

 總結：

臨時對象有構造和析構的成本，影響程序的效率，因此儘可能地消除它們。而更爲重要的是很快地發現什麼地方會生成臨時對象：

• 當我們看到一個reference-to-const參數時，極可能一個臨時對象綁定到該參數上；

• 當我們看到函數返回一個對象時，就會產生臨時對象。

參考：http://www.cnblogs.com/hazir/archive/2012/04/18/2456144.html

C++中的返回值優化(return value optimization)

返回值優化（Return Value Optimization，簡稱RVO），是這麼一種優化機制：當函數需要返回一個對象的時候，如果自己創建一個臨時對象用戶返回，那麼這個臨時對象會消 耗一個構造函數（Constructor）的調用、一個複製構造函數的調用（Copy Constructor）以及一個析構函數（Destructor）的調用的代價。而如果稍微做一點優化，就可以將成本降低到一個構造函數的代價，下面是 在Visual Studio 2008的Debug模式下做的一個測試：（在GCC下測試的時候可能編譯器自己進行了RVO優化，看不到兩種代碼的區別） 

//  C++ Return Value Optimization
//  作者：代碼瘋子
//  博客： http://www.programlife.net/
#include <iostream>
using  namespace std;
class Rational
{
public:
    Rational( int numerator =  0,  int denominator =  1) : n(numerator), d(denominator) {
          cout <<  " Constructor Called... " << endl;
      }
      ~Rational() {
          cout <<  " Destructor Called... " << endl;
      }
      Rational( const Rational& rhs) {
           this->d = rhs.d;
           this->n = rhs.n;
          cout <<  " Copy Constructor Called... " << endl;
      }
       int numerator()  const {  return n; }
       int denominator()  const {  return d; }
private:
     int n, d;
};
const Rational  operator*( const Rational& lhs,  const Rational& rhs) {
    cout <<  " ----------- Enter operator* ----------- " << endl;
    Rational tmp(lhs.numerator() * rhs.numerator(),
        lhs.denominator() * rhs.denominator());
    cout <<  " ----------- Leave operator* ----------- " << endl;
     return tmp;
}
int main( int argc,  char **argv) {
    Rational x( 1,  5), y( 2,  9);
    Rational z = x * y;
    cout <<  " calc result:  " << z.numerator() 
        <<  " / " << z.denominator() << endl;
 
     return  0;
}

函數輸出截圖如下：

可以看到消耗一個構造函數（Constructor）的調用、一個複製構造函數的調用（Copy Constructor）以及一個析構函數（Destructor）的調用的代價。

而如果把operator*換成另一種形式：

const Rational  operator*( const Rational& lhs, const Rational& rhs)
{
     return Rational(lhs.numerator() * rhs.numerator(),
                lhs.denominator() * rhs.denominator());
}

就只會消耗一個構造函數的成本了：

參考： http://www.programlife.net/cpp-return-value-optimization.html

返回值優化（RVO）與具命返回值優化（NRVO）

這是一項編譯器做的優化，已經是一種很常見的優化手段了，搜一下可以找到很多的資料，在MSDN 裏也有相關的說明。

返回值優化，顧名思義，就是與返回值有關的優化，是當函數是按值返回（而不是引用、指針）時，爲了避免產生不必要的臨時對象以及值拷貝而進行的優化。

先看看下面的代碼：

typedef unsigned  int UINT32;
class MyCla
{
public:
    MyCla(UINT32 a_size =  10):size(a_size) {
        p =  new UINT32[size];        
    }
    MyCla(MyCla  const & a_right):size(a_right.size) {
        p =  new UINT32[size];
        memcpy(p, a_right.p, size* sizeof(UINT32));
    }
    MyCla  const&  operator = (MyCla  const & a_right) {
        size = a_right.size;
        p =  new UINT32[size];
        memcpy(p, a_right.p, size* sizeof(UINT32));
         return * this;
    }
    ~MyCla() {
        delete [] p;
    }
private:
    UINT32 *p;
    UINT32 size;
};
MyCla TestFun() {
     return MyCla();
}
int _tmain( int argc, _TCHAR* argv[])
{
    MyCla a = TestFun();   
     return  0;
}

 

TestFun() 函數返回了一個 MyCla 對象，而且是按值傳遞的。

在沒有任何“優化”之前，這段代碼的行爲也許是這樣的：return MyCla() 這行代碼中，構造了一個 MyCla 類的臨時的無名對象（姑且叫它t1），接着把 t1 拷貝到另一塊臨時對象 t2（不在棧上），然後函數保存好 t2 的地址（放在 eax 寄存器中）後返回，TestFun 的棧區間被“撤消”（這時 t1 也就“沒有”了，t1 的生存域在 TestFun 中，所以被析構了），在 MyCla a = TestFun(); 這一句中，a 利用 t2 的地址，可以找到 t2 進行，接着進行構造。這樣 a 的構造過程就完成了。然後再把 t2 也“幹掉”。

可以看到， 在這個過程中，t1 和 t2 這兩個臨時的對象的存在實在是很浪費的，佔用空間不說，關鍵是他們都只是爲a的構造而存在，a構造完了之後生命也就終結了。既然這兩個臨時的對象對於程序 員來說根本就“看不到、摸不着”（匿名對象），於是編譯器乾脆在裏面做點手腳，不生成它們！怎麼做呢？很簡單，編譯器“偷偷地”在我們寫的TestFun 函數中增加一個參數 MyCla&，然後把 a 的地址傳進去（注意，這個時候 a 的內存空間已經存在了，但對象還沒有被“構造”，也就是構造函數還沒有被調用），然後在函數體內部，直接用a來代替原來的“匿名對象”，在函數體內部就完 成a的構造。這樣，就省下了兩個臨時變量的開銷。這就是所謂的“返回值優化”！在 VC7 裏，按值返回匿名對象時，默認都是這麼做。

上 面說的是“返回值優化（RVO）”，還有一種“具名返回值優化（NRVO）”，是對於按值返回“具名對象”（就是有名字的變量！）時的優化手段，其實道理 是一樣的，但由於返回的值是具名變量，情況會複雜很多，所以，能執行優化的條件更苛刻，在下面三種情況下（來自 MSDN），NRVO 將一定不起作用：

1. 不同的返回路徑上返回不同名的對象（比如if XXX 的時候返回x，else的時候返回y）
2. 引入 EH 狀態的多個返回路徑（就算所有的路徑上返回的都是同一個具名對象）
3. 在內聯asm語句中引用了返回的對象名。

不過就算 NRVO 不能進行，在上面的描述中的 t2 這個臨時變量也不會產生，對於 VC 的 C++ 編譯器來說，只要你寫的程序是把對象按值返回的，它會有兩種做法，來避免 t2 的產生。拿下面這個程序來說明：

MyCla TestFun2() {
    MyCla x( 3);
     return x;
}

一種做法是像 RVO一樣，把作爲表達式中獲取返回值來進行構造的變量 a 當成一個引用參數傳入函數中，然後在返回語句之前，用要返回的那個變量來拷貝構造 a，然後再把這個變量析構，函數返回原調用點，a 就構造好了。

還有一種方式， 是在函數返回的時候，不析構x，而直接把x的地址放到 exa 寄存器中，返回調到 TestFun2 的調用點上，這時，a 可以用 exa 中存着的地址來進行構造，a 構造完成之後，再析構原來的變量 x ！是的，注意到其實這時，x 的生存域已經超出了TestFun2，但由於這裏x所在TestFun2的棧雖然已經無效，但是並沒有誰去擦寫這塊存，所以x其實還是有效的，當然，一切 都在彙編的層面，對於C++語言層面來講是透明的。