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深入探討C++中臨時物件的常見產生情況及其解決的方案

2021-09-09 12:43:36 前端設計

前言

在C++中很容易就寫出一些代碼這些代碼的特點就是偷偷的給你產生了一些臨時物件,導致臨時物件會呼叫拷貝建構式,賦值運算子,解構式,假如該物件還有繼承的話,也會呼叫父類的拷貝建構式,賦值運算賦函式等,這些臨時物件所呼叫的函式,都是不必要的開銷,也就是說,我本意不想你給我呼叫這些函式的,但你編譯器卻給我偷偷的呼叫了,就是由于我程式員寫代碼產生臨時物件而產生的,

所以臨時物件產生的話題也應運而生,這篇文章主要是探討常見的臨時物件產生的情況,及其如何避免和解決這種臨時物件產生的方式,


文章目錄

  • 前言
  • 1. 以值傳遞的方式給函式傳參
    • 驗證臨時物件的而外開銷(1)
    • 解決方案
  • 2. 型別轉換成臨時物件 / 隱式型別轉換保證函式呼叫成功
    • 驗證臨時物件的而外開銷(2)
    • 解決方案
  • 3. 函式回傳物件時候
    • 驗證臨時物件的而外開銷(3)
    • 解決方案

1. 以值傳遞的方式給函式傳參

這種是最常見的產生嶺師物件的方式了,

以值傳遞的方式給函式傳參這種方式會直接呼叫物件的拷貝建構式,生成一個臨時物件傳參給函式,當臨時物件銷毀時候,也是函式形參銷毀,也是函式執行完后,就會呼叫該臨時物件的解構式,此時,無論是呼叫拷貝建構式和解構式,都是額外的開銷,

(驗證是否呼叫拷貝建構式和解構式,可以在書寫拷貝建構式和解構式驗證)
(驗證是否為臨時物件可以通過再函式內部修改形參的值,在函式外部列印看看是否修改成功)

驗證臨時物件的而外開銷(1)

# include<iostream>
using namespace std;

class Person{
public:
	Preson()
	{	
		cout << "無參建構式!" << endl;
	}	
	Person(int a)
	{ 
		m_age = a;
		cout << "有參建構式!" << endl;
	}
	Person(const Person &p)
	{ 
		m_age = p.m_age;
		cout << "拷貝建構式!" << endl;
	}
	~Person()
	{
		cout << "解構式!" << endl;
	}
	int fun(Person p) //普通的成員函式,注意引數是以值的方式呼叫的
	{
		p.m_age = 20; //這里修改對外界沒有印象
		return p.m_age;
	}
	int m_age;	
};

int main()
{
	Person p(10);//初始化
	p.fun(p);
	return 0;
}

先來預測一下呼叫函式的次數:也就是我們本意想呼叫的方式:
會執行一次 Person的有參建構式;
會執行一次Person的解構式;

于此同時我們看看,編譯結果實際情況:
在這里插入圖片描述
和我們預期并不一樣!!! 多了一次拷貝建構式和一次解構式,這兩個函式并不是我們希望要得,或者說,這個多余函式開銷是不必要的;

產生的原因也很好理解:

由于 fun成員函式里面的形參是Person p,這樣會導致在呼叫這個fun函式時候,會傳遞過去的是實參的復制品,臨時物件,并不是外面main函式的實參,這里可以在fun函式里修改一樣形參就可以發現,外面的實參沒發生改變,

所以產生的臨時物件給形參傳參時候,在我們看來類似 Person p = p;實際上是Person p = temp;而這句 Person p = temp;就會發生拷貝建構式啦,于此同時 fun函式呼叫結束后,p的宣告周期也就結束,所以還會多呼叫解構式,


解決方案

如何避免這種臨時物件的產生呢?

只要把值傳遞的方式修改為參考傳遞的方式即可,這樣既不會呼叫拷貝建構式,也不會呼叫多一次臨時物件的解構式,減少額外不必要的開銷,

所以我們在函式形參設計時候,能夠用參考就用參考的方式,因為這樣可以減少物件的復制操作,減少而外的開銷,

代碼不驗證啦,因為比較簡單,可以自行驗證,修改 fun函式里形參為 Person& p;即可,


2. 型別轉換成臨時物件 / 隱式型別轉換保證函式呼叫成功

這種方式就是并且把型別轉化前的物件當作了形參傳遞給建構式,生成臨時物件臨時物件結束后就會呼叫解構式,

驗證臨時物件的而外開銷(2)

代碼依舊是上一個代碼,只是在main函式做了不一樣的動作

# include<iostream>
using namespace std;

class Person{
public:
	Preson()
	{	
		cout << "無參建構式!" << endl;
	}	
	Person(int a)
	{ 
		m_age = a;
		cout << "有參建構式!" << endl;
	}
	Person(const Person &p)
	{ 
		m_age = p.m_age;
		cout << "拷貝建構式!" << endl;
	}
	~Person()
	{
		cout << "解構式!" << endl;
	}
	int fun(Person p) //普通的成員函式,注意引數是以值的方式呼叫的
	{
		p.m_age = 20; //這里修改對外界沒有印象
		return p.m_age;
	}
	int m_age;	
};

int main()
{
	Person p;
	p = 1000; 
	return 0;
}

首先預測一下該代碼執行的結果:

首先 呼叫一次無參建構式,一次解構式,

其次看看編譯器運行的結果:
在這里插入圖片描述
為啥會多出一個有參建構式呢和解構式呢?

其實是由于 p = 1000;這句引起的,這里p的型別為 Person,而 1000為 int 型別,很明顯型別不一致,
編譯器其實偷偷的進行了型別轉換,如何轉換呢?看編譯器的呼叫都可以發現,其實就是創建一個臨時物件,這個臨時物件呼叫了有參建構式,并且把 這個1000作為形參,傳入有參建構式,當這個函式呼叫結束后,物件也就銷毀了,所以臨時物件會呼叫解構式,

解決方案

其實很簡單的:
只要把單引數建構式的復制(復制)陳述句,改為初始化陳述句就行,
那什么是復制陳述句和初始化陳述句呢?
兩者的區別就是
一個是創建物件同時賦值物件,也就是說創建時候就馬上初始化,這就是初始化;
一個是創建物件時候不賦值物件,而是等物件創建好,過后使用再賦值物件,這就是賦值陳述句啦;

那么我們只需要把:

	Person p;
	p = 1000; 
	修改為:
	Person p = 1000;

這樣就不會有多一次的有參構造和析構的開銷了,


3. 函式回傳物件時候

在函式回傳物件時候,會創建一個臨時物件接收這個物件;從而呼叫了拷貝建構式,和解構式,
當你呼叫函式,沒有接識訓傳值時候,就會呼叫解構式,因為都沒有人接識訓傳值了,自然而然析構了,當你呼叫時候,有接識訓傳值時候,這個時候,并不會多呼叫一次解構式,而是直接把臨時物件回傳值,給了接受回傳值的變數來接收,

驗證臨時物件的而外開銷(3)

代碼:

# include<iostream>
using namespace std;

class Person{
public:
	Preson()
	{	
		cout << "無參建構式!" << endl;
	}	
	Person(int a)
	{ 
		m_age = a;
		cout << "有參建構式!" << endl;
	}
	Person(const Person &p)
	{ 
		m_age = p.m_age;
		cout << "拷貝建構式!" << endl;
	}
	~Person()
	{
		cout << "解構式!" << endl;
	}
	int fun(Person p) //普通的成員函式,注意引數是以值的方式呼叫的
	{
		p.m_age = 20; //這里修改對外界沒有印象
		return p.m_age;
	}
	int m_age;	
};
Person test(Person & p)
{
	Person p1; //這里會呼叫無參建構式和結束的一次解構式
	p1.m_age = p.m_age;
	return p1; //這里會多呼叫一次臨時拷貝和解構式
}
int main()
{
	Person p;
	test(p);
	return 0;
}

看看執行結果:
在這里插入圖片描述
其實很好理解:就是以值的方式回傳時候,就會多呼叫一次拷貝構造和解構式;
結果中的第一個析構時test函式里p1物件的析構,第二個析構時 回傳值時候臨時物件的析構;第三個析構時main函式里p物件的析構;

請注意我的test函式在呼叫時候,我并沒有給回傳值,此時;當我以回傳只接受時候,就會有不一樣結果:不一樣的地方就是,少了一次解構式,其實少的這次解構式時test函式里回傳值產生的臨時物件,因為,當你有物件接識訓傳值時候,就會直接把test函式里回傳值臨時物件給初始化接識訓傳值物件;

即,我修改main函式的代碼:

int main()
{
	Person p;
	Person p2 = test(p); //此時test回傳值臨時物件并不會析構,
						//因為這里把臨時物件直接初始化了p2;
	return 0;
}

在這里插入圖片描述
可以說時編譯器優化手段吧,本來說 p2物件因該也是需要呼叫多一次拷貝建構式的,但是由于有臨時物件的初始化,所以p2物件就直接接管臨時物件了,所以上面結果最后的解構式,其實時p2物件的析構,并不是臨時物件的析構,


解決方案

其實也很簡單的解決辦法:有兩種:

  1. 當我們在接收函式回傳的物件時候,可以用右值參考接收,因為該函式回傳值是一個臨時變數,用一個右值參考接收它,使得它的生命周期得以延續,這樣就少呼叫一次解構式的開銷,(當然普通的物件接收也是可以)

  2. 當我們在設計函式里的return 陳述句中,不是回傳創建好的物件,而是回傳我們臨時創建的物件,即使用retturn 型別別(形參); 這個時候,就可以直接避免 return 物件;回傳時候又要呼叫多一次建構式,
    這兩種行為就可以避免了建構式和解構式的產生,

但是,右值參考我還沒有寫到這文章,所以先不講右值參考的方案,講第二種方案:
也就是設計函式回傳陳述句 return時候,不要直接回傳物件,而是回傳臨時物件,這個臨時物件,

把這個代碼修改:
Person test(Person & p)
{
	Person p1; //這里會呼叫無參建構式和結束的一次解構式
	p1.m_age = p.m_age;
	return p1; //這里會多呼叫一次臨時拷貝和解構式
}

修改為:
Person test(Person &p)
{
	return Person(p.m_age);//直接回傳臨時物件,可以減少
}

在這里插入圖片描述


其實,只要以值得形式回傳物件都會呼叫多一次拷貝建構式,所以我們盡量避免這種情況,用合適的方式解決它,

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