为什么可以在没有 std::move 的情况下返回 std::unique_ptr ？

Question

unique_ptr 不允许复制构造，而是支持移动语义。然而，我可以从函数返回一个 unique_ptr 并将返回的值分配给一个变量。

#include <iostream>
#include <memory>

using namespace std;

unique_ptr<int> foo()
{
  unique_ptr<int> p( new int(10) );

  return p;                   // 1
  //return move( p );         // 2
}

int main()
{
  unique_ptr<int> p = foo();

  cout << *p << endl;
  return 0;
}

上面的代码可以按预期编译并运行。那么 1 行为何不调用复制构造函数并导致编译器错误呢？如果我必须使用行 2 来代替，那就有意义了（使用行 2 也可以，但我们不需要这样做）。

我知道 C++0x 允许 unique_ptr 这个异常，因为返回值是一个临时对象，一旦函数退出就会被销毁，从而保证返回指针的唯一性。我很好奇这是如何实现的，编译器中是否有特殊情况，或者语言规范中是否有其他条款可以利用？

Answer 1

语言规范中是否还有其他条款可以利用？

是的，参见 12.8 §34 和 §35：

当满足某些条件时，允许实现省略类对象的复制/移动构造[...]
这种复制/移动操作的省略称为复制省略，是允许的 [...]
在具有类返回类型的函数的 return 语句中，当表达式是
一个非易失性自动对象，具有与函数返回类型相同的 cv 非限定类型 [...]

当满足复制操作省略的条件并且要复制的对象由左值指定时，
首先执行重载解析来选择副本的构造函数就像对象是由右值指定的。

---

只是想再补充一点，按值返回应该是这里的默认选择，因为在最坏的情况下，即在 C++11、C++14 和 C++17 中没有省略的情况下，会处理 return 语句中的命名值作为右值。因此，例如以下函数使用 -fno-elide-constructors 标志进行编译。

std::unique_ptr<int> get_unique() {
  auto ptr = std::unique_ptr<int>{new int{2}}; // <- 1
  return ptr; // <- 2, moved into the to be returned unique_ptr
}

...

auto int_uptr = get_unique(); // <- 3

在编译时设置该标志后，该函数中发生了两个移动（1 和 2），然后是稍后的一个移动（3 ）。

Answer 2

这绝不是特定于 std::unique_ptr 的，而是适用于任何可移动的类。这是由语言规则保证的，因为您是按值返回的。编译器尝试删除副本，如果无法删除副本则调用移动构造函数，如果无法移动则调用复制构造函数，如果无法复制则无法编译。

如果您有一个接受 std::unique_ptr 作为参数的函数，您将无法将 p 传递给它。您必须显式调用移动构造函数，但在这种情况下，您不应在调用 bar() 之后使用变量 p。

void bar(std::unique_ptr<int> p)
{
    // ...
}

int main()
{
    unique_ptr<int> p = foo();
    bar(p); // error, can't implicitly invoke move constructor on lvalue
    bar(std::move(p)); // OK but don't use p afterwards
    return 0;
}

Answer 3

unique_ptr 没有传统的复制构造函数。相反，它有一个使用右值引用的“移动构造函数”：

unique_ptr::unique_ptr(unique_ptr && src);

右值引用（双与号）将仅绑定到右值。这就是当您尝试将左值 unique_ptr 传递给函数时出现错误的原因。另一方面，从函数返回的值被视为右值，因此会自动调用移动构造函数。

顺便说一句，这将正常工作：

bar(unique_ptr<int>(new int(44));

这里的临时 unique_ptr 是一个右值。

Answer 4

我认为 Scott Meyers 的Effective Modern C++<的第 25 项对此进行了完美的解释/a>.这是摘录：

标准中对 RVO 的祝福部分接着说，如果满足 RVO 的条件，但编译器选择不执行复制省略，则返回的对象必须被视为右值。实际上，标准要求当允许 RVO 时，要么发生复制省略，要么将 std::move 隐式应用于返回的本地对象。

这里，RVO指返回值优化，如果满足RVO的条件表示返回您在函数内部声明的本地对象期望执行RVO，这在他的书的第 25 项中也通过参考标准得到了很好的解释（这里本地对象包括由返回创建的临时对象陈述）。摘录中最大的收获是要么发生复制省略，要么将 std::move 隐式应用于返回的本地对象。 Scott 在第 25 项中提到，当编译器选择不删除副本且程序员不应该显式这样做时，会隐式应用 std::move。

在您的例子中，该代码显然是 RVO 的候选者，因为它返回本地对象 p 并且 p 的类型与返回类型，这会导致复制省略。如果编译器选择不删除副本，无论出于何种原因，std::move 都会进入第 1 行。

Answer 5

我在其他答案中没有看到的一件事是为了澄清另一个答案存在差异返回已在函数内创建的 std::unique_ptr 和已赋予该函数的 std::unique_ptr 之间。

这个例子可以是这样的：

class Test
{int i;};
std::unique_ptr<Test> foo1()
{
    std::unique_ptr<Test> res(new Test);
    return res;
}
std::unique_ptr<Test> foo2(std::unique_ptr<Test>&& t)
{
    // return t;  // this will produce an error!
    return std::move(t);
}

//...
auto test1=foo1();
auto test2=foo2(std::unique_ptr<Test>(new Test));

Answer 6

我想提一下一种情况，您必须使用 std::move() 否则会出错。
情况：如果函数的返回类型与局部变量的类型不同。

class Base { ... };
class Derived : public Base { ... };
...
std::unique_ptr<Base> Foo() {
     std::unique_ptr<Derived> derived(new Derived());
     return std::move(derived); //std::move() must
}

参考：https://www.chromium.org/developers/smart-pointer-guidelines

Answer 7

我知道这是一个老问题，但我认为这里缺少一个重要而明确的参考。

来自 https://en.cppreference.com/w/cpp/language/copy_elision：

(C++11 起) 在 return 语句或 throw 表达式中，如果编译器无法执行复制省略，但满足或将满足复制省略的条件（源是函数参数除外），则即使对象是由左值指定的，编译器也会尝试使用移动构造函数；详情请参阅退货声明。