题目描述

以下代码共调用多少次拷贝构造函数？

Widget f(Widget u)
{
    Widget v(u);
    Widget w = v;
    return w;
}

int main()
{
    Widget x;
    Widget y = f(f(x));
}

在做这道题之前，要先铺垫一些前置知识！

前导一

先看以下代码，调用了多少次拷贝构造呢？

class Weight
{
public:
	//构造函数
	Weight()
	{
		cout << "Weight()" << endl;
	}
	
	//拷贝构造
	Weight(const Weight& w)
	{
		cout << "Weight(const Weight& w)" << endl;
	}
};

void f(Weight u) //传值传参
{
	;
}

int main()
{
	Weight w;
	f(w);

	return 0;
}

因为 f 函数的形参部分是传值传参，所以会调用一次拷贝构造

前导二

以下代码，调用了多少次拷贝构造呢？

class Weight
{
public:
	//构造函数
	Weight()
	{
		cout << "Weight()" << endl;
	}
	
	//拷贝构造
	Weight(const Weight& w)
	{
		cout << "Weight(const Weight& w)" << endl;
	}
};

Weight f(Weight u) // 传值传参
{
	Weight v(u); // 用u拷贝构造了v
	Weight w = v; // 用v拷贝构造了w

	return w;
}

int main()
{
	Weight x;
	f(x);

	return 0;
}

首先传值传参会调用一次拷贝构造；

接着用 u 拷贝构造了 v，那么又会调用一次拷贝构造；

然后用 v 拷贝构造了 w，又会调用一次拷贝构造；

最后返回了 w，那么又会调用一次拷贝构造；

所以总共是 4 次拷贝构造：

前导三

我们对前导二的代码修改一下

class Weight
{
public:
	//构造函数
	Weight()
	{
		cout << "Weight()" << endl;
	}
	
	//拷贝构造
	Weight(const Weight& w)
	{
		cout << "Weight(const Weight& w)" << endl;
	}
};

Weight f(Weight& u) // 引用传参
{
	Weight v(u); // 用u拷贝构造了v
	Weight w = v; // 用v拷贝构造了w

	return w;
}

int main()
{
	Weight x;
	f(x);

	return 0;
}

把 f 函数形参部分用了 引用传参，那么就只会调用 3 次拷贝构造

前导四

我们对前导三的代码修改一下

class Weight
{
public:
	//构造函数
	Weight()
	{
		cout << "Weight()" << endl;
	}
	
	//拷贝构造
	Weight(const Weight& w)
	{
		cout << "Weight(const Weight& w)" << endl;
	}
};

Weight& f(Weight& u) // 引用传参
{
	Weight v(u); // 用u拷贝构造了v
	Weight w = v; // 用v拷贝构造了w

	return w; // 拿引用作为返回值
}

int main()
{
	Weight x;
	f(x);

	return 0;
}

我们把 f 函数的返回值改成了 引用作返回值，那么就只会调用 2 次拷贝构造

匿名对象

这里我们要提一个新的概念：匿名对象

比如下面这段代码：

class Weight
{
public:
	//构造函数
	Weight()
	{
		cout << "Weight()" << endl;
	}
	
	//拷贝构造
	Weight(const Weight& w)
	{
		cout << "Weight(const Weight& w)" << endl;
	}

	//析构函数
	~Weight()
	{
		cout << "~Weight()" << endl;
	}
};

int main()
{
	// 匿名对象，声明周期只在这一行
	Weight();

	return 0;
}

Weight() 是一个匿名对象，它会默认去调用 拷贝构造+析构函数，并且它的声明周期只在这一行里面，到了下一行时，就不存在了，因为已经被析构了。

前导一

既然知道了匿名对象，我们来看下面这段代码。调用了多少次拷贝构造呢？

class Weight
{
public:
	//构造函数
	Weight()
	{
		cout << "Weight()" << endl;
	}
	
	//拷贝构造
	Weight(const Weight& w)
	{
		cout << "Weight(const Weight& w)" << endl;
	}

	//析构函数
	~Weight()
	{
		cout << "~Weight()" << endl;
	}
};

Weight f(Weight u) 
{
	Weight v(u); 
	Weight w = v; 

	return w; 
}

int main()
{
	
	f(Weight());

	return 0;
}

运行结果

为什么是 3 次呢？

因为这里涉及到编译器的优化，它把 Weight() 的拷贝构造 和 f 函数形参部分的构造 合二为一 了，所以只有 3 次拷贝构造，但是却有 4 次析构。

这里理解起来可能有点抽象，我再举个例子吧

前导二

我们再来看以下代码

class Weight
{
public:
	//构造函数
	Weight()
	{
		cout << "Weight()" << endl;
	}
	
	//拷贝构造
	Weight(const Weight& w)
	{
		cout << "Weight(const Weight& w)" << endl;
	}

	//析构函数
	~Weight()
	{
		cout << "~Weight()" << endl;
	}
};

Weight f(Weight u) 
{
	Weight v(u); 
	Weight w = v; 

	return w; 
}

int main()
{
	Weight x;
	Weight ret = f(x);
	return 0;
}

运行结果：

为什么会是 4 次呢？

因为在一个表达式中，如果出现连续步骤的构造+拷贝构造，或者拷贝构造+拷贝构造，那么胆大的编译器可能会进行优化，合二为一。

也就是说，下面的第 4 次构造和第 5 次构造合为一次了：

前导三

上面说了，如果出现连续步骤的 构造+拷贝构造，或者 拷贝构造+拷贝构造，那么胆大的编译器可能会进行优化，合二为一。

那么如何来证实这句话是不是真的呢？如果不出现不连续的情况，那么编译器是不是就不会进行 合二为一 呢？

我们可以来举例验证一下

class Weight
{
public:
	//构造函数
	Weight()
	{
		cout << "Weight()" << endl;
	}
	
	//拷贝构造
	Weight(const Weight& w)
	{
		cout << "Weight(const Weight& w)" << endl;
	}

	//赋值重载
	Weight& operator=(const Weight& w)
	{
		cout << "Weight& operator=(const Weight& w)" << endl;
		return *this;
	}

	//析构函数
	~Weight()
	{
		cout << "~Weight()" << endl;
	}
};

Weight f(Weight u) 
{
	Weight v(u); 

	Weight w = v; 

	return w; 
}

int main()
{
	Weight x;
	Weight ret;
	ret = f(x);
	return 0;
}

运行结果：

可以看到，在这种情况下，编译器优化的步骤就会被阻断。

这个实验只想说明，对于编译器合二为一的优化，只有在连续步骤的 构造+拷贝构造，或者 拷贝构造+拷贝构造 的情况下，才会进行。

所以 Weight ret = f(x);这种写法是最优的，因为只会调用 4 次拷贝构造；

而 Weight ret; ret = f(x); 这种写法会调用 4 次拷贝构造 + 1 次赋值。

回到开头

那么我们的前导知识已经补充完了，再来回到文章开头，以下代码共调用多少次拷贝构造函数？

Widget f(Widget u)
{
    Widget v(u);
    Widget w = v;
    return w;
}

int main()
{
    Widget x;
    Widget y = f(f(x));
}

分析过程如下：

f(x)：用 w 拷贝构造了临时对象，然后用这个临时对象作为表达式的返回值又去拷贝构造，那么这个时候，连续的步骤会被优化成 1 次。

也就是说 4 和 5 会被优化成一次；8 和 9 会被优化成一次；

所以程序最终调用了 7 次拷贝构造。

总结

总结一下，如果程序中出现连续步骤的 构造+拷贝构造，或者 拷贝构造+拷贝构造，那么编译器可能会进行优化，合二为一。