C++对象模型——暂时性对象 (第六章)

6.3    暂时性对象 (Temporary Objects)

    假设有一个函数,形式例如以下:

T operator+(const T &, const T &);

    以及两个T objects,a和b,那么:

a + b;

    可能会导致一个暂时性对象,以放置传回的对象.是否会导致一个暂时性对象,视编译器的进取性(aggressiveness)以及上述操作发生时的程序上下关系(program context)而定.比如以下这个片段:

T a, b;
T c = a + b;

    编译器会产生一个暂时性对象,放置a+b的结果,然后再使用T的copy constructor,把该暂时性对象当作c的初值.然而更好的转换则是直接以拷贝构造的方式,将a+b的值放到c中,于是就不须要暂时性对象,以及对其constructor和destructor的调用了.
    此外,视operator+()的定义而定,named return value(NRV)优化(详见2.3节)也可能实施起来.这将导致直接在上述c对象中求表达式结果,避免运行copy constructor和具名对象(named object)的destructor.
    三种方式所获得的c对象,结果都一样.其间的差异在于初始化的成本.一个编译器可能给不论什么保证吗?严格来说没有,C++ Standard同意编译器对于暂时性对象的产生有全然的自由度.
    但实际上,差点儿不论什么表达式假设有这样的形式:

T c = a + b;

    而当中的加法运算符被定义为:

T operator+(const T &, const T &);

    或

T T::operator+(const T &);

    那么实现时根本不产生一个暂时性对象.
    然而注意,意义相当的assignment语句:

c = a + b;

    不可以忽略暂时性对象.
    所以这种初始化操作:

T c = a + b;

    总是比以下的操作更有效率地被编译器转换:

c = a + b;

    第三种运算形式是,没有出现目标对象:

a + b;    // no target

    这时候有必要产生一个暂时对象,以放置运算后的结果.尽管看起来有点怪异,但这样的情况实际上在子表达式中十分普遍.比如,假设这样写:

String s("hello"), t("world"), u("!");

    那么不论:

String v;

v = s + t + u;

    或

printf("%s\n", s + t);

    都会产生一个暂时对象,与s + t相关联.
    最后一个表达式带来了一个论题,那就是"暂时对象的生命周期".
    一种比較被喜欢的转换方式是在调用printf()之后实施String destructor.在C++ Standard下,这正是该表达式的必须转换方式.标准规格这样将:
    暂时性对象的被摧毁,应该是对完整表达式求值过程中的最后一个步骤,该表达式造成暂时对象的产生.
    什么是一个完整表达式?非正式地说,它是被涵括的表达式中最外围的那个.以下这个表达式:

// tertiary full expression with 5 sub-expressions
((objA > 1024) && (objB > 1024)) ?
 objA + objB : foo(objA, objB);

    一种有五个子表达式,内带在一个"?:完毕表达式"中.不论什么一个子表达式所产生的不论什么一个暂时对象,都应该在完整表达式被求值完毕后,才干够销毁.
    当暂时性对象是依据程序的运行期语意有条件地被产生出来时,暂时性对象的生命规则就显得有些复杂了.举个样例,想这种表达式:

if (s + t || u + v)

    当中的u+v子算式仅仅有在s+t被评估为 false 时,才会開始被评估.与第二个子算式有关的暂时性对象必须被销毁.可是,非常显然地,不能够被无条件地销毁.也就是说,希望仅仅有在暂时性对象被产生出来的情况下才去销毁它.(假设第一个子算式为 true,则不产生第二个暂时性对象,不须要销毁)
    把暂时性对象的destructor放在每个子算式的求值过程中,能够免除"努力追踪第二个子算式是否真的须要被评估".然而在C++ Standard的暂时对象生命规则中,这种策略不再被同意.暂时性对象在完整表达式尚未评估全然之前,不得被销毁.也就是说,某些形式的条件測试如今必须被插入进来,以决定是否要晓辉何第二算式有关的暂时对象.
    暂时对象的生命规则有两个例外.第一个例外发生在表达式被用来初始化一个object时.比如:

bool verbose;
...
String progNameVersion = !verbose ? 0 : progName + progVersion;

    当中progName和progVersion都是String objects.这时候会生出一个暂时对象,放置加法运算符的运算结果:

String operator+(const String &, const String &);

    暂时对象必须依据对verbose的測试结果有条件地解构.在暂时对象的生命规则下,它应该在完整的"?

:表达式"结束评估后尽快被销毁.然而,假设progNameVersion的初始化须要一个copy constructor:

progNameVersion.String::String(temp);

    那么暂时性对象的解构(在"?

:完整表达式"之后)当然那就不是期望的.C++ Standard要求:
    ...凡是含有表达式运行结果的暂时性对象,应该存留到object的初始化操作完毕为止.
    暂时性对象的生命规则的第二个例外是"当一个暂时性对象被一个reference绑定"时,比如:

const String &space = " ";

    产生出这种程序代码:

// C++ pseudo Code
String temp;
temp.String::String(" ");
const String &space = temp;

    非常明显,假设暂时性对象如今被销毁,那个reference也就没实用了.所以C++ Standard要求:
    假设一个暂时性对象被绑定在一个reference,对象将残留,直到被初始化的reference的生命结束,或直到暂时对象的生命范畴(scope)结束--视哪一种情况先到达而定.

暂时性对象的迷思

    有一种说法是,因为当前的C++编译器会产生暂时性对象,导致程序的运行比較没有效率.