标准库容器在 GCC 中的右值上生成大量副本

Question

我正在为 Linux 和 Linux 编写一个应用程序。 Windows，并注意到 GCC 构建产生了大量对复制构造函数的无用调用。

下面是产生此行为的示例代码：

struct A
{
    A()                { std::cout << "default" << std::endl; }
    A(A&& rvalue)      { std::cout << "move"    << std::endl; }
    A(const A& lvalue) { std::cout << "copy"    << std::endl; }
    A& operator =(A a) { std::cout << "assign"  << std::endl; return *this; }
};

BOOST_AUTO_TEST_CASE(test_copy_semantics)
{
    std::vector<A> vec_a( 3 );
}

此测试仅创建一个包含 3 个元素的向量。我预计有 3 个默认构造函数调用和 0 个副本，因为没有 A 左值。

在 Visual C++ 2010 中，输出为：

default
move
default
move
default
move

在 GCC 4.4.0 (MinGW), (-O2 -std=c++0x) 中，输出为：

default
copy
copy
copy

发生了什么情况以及如何修复它？对于实际职业来说，副本很昂贵，默认构建和移动很便宜。

Answer 1

两种实现（Visual C++ 2010 和 GCC 4.4.0）都有错误。正确的输出是：

default
default
default

这是在 23.3.5.1 [vector.cons]/4 中指定的：

要求：T 应是 DefaultConstructible。

不允许实现假设 A 是可移动构造的或可复制构造的。

Answer 2

看起来问题是您拥有的 g++ 版本没有完全兼容 C++0x 的库。特别是，在 C++03 中，std::vector 的大小构造函数具有以下签名：

// C++ 03
explicit vector(size_type n, const T& value = T(),
const Allocator& = Allocator());

使用该函数签名和您的调用，将创建一个临时对象，然后由常量引用绑定，并为每个对象创建它的副本的元素。

而在 C++0x 中，有不同的构造函数：

// C++0x
explicit vector(size_type n);
vector(size_type n, const T& value, const Allocator& = Allocator());

在这种情况下，您的调用将匹配第一个签名，并且元素应该默认构造为在容器上放置 new （正如 @Howard Hinnant 在他的 答案编译器应该根本不调用移动构造函数）。

您可以尝试检查最新版本的 g++ 是否有更新的标准库，或者您可以通过手动添加元素来解决该问题：

std::vector<A> v;
v.reserve( 3 );     // avoid multiple relocations
while (v.size() < 3 ) v.push_back( A() );

Answer 3

然后试试这个：

std::vector<A> vec_a;
vec_a.reserve(3);
for (size_t i = 0; i < 3; ++i)
  vec_a.push_back(A());

您要做的是强制初始化过程对每个值使用构造+移动而不是构造，然后复制/复制/复制。这些只是不同的哲学；库的作者不可能知道哪个对于任何给定类型来说是最好的。

Answer 4

当将默认构造对象复制到“this”对象时，您可以添加特殊（便宜）的情况来复制构造函数算法。这只是一种解决方法，但是，这种行为很奇怪。
两个编译器（库）都会在堆栈上创建一个临时对象，然后 gcc 将该临时对象复制到目标 3 次； msvc 重新创建临时对象 3 次（！）（也在堆栈上）并移动 3 次到目标。我不明白为什么他们不直接就地创建对象。

Answer 5

我认为，所有 3 个变体都不违反 C++0x 草案。它需要以下内容：
1. 构造一个具有 n 个值初始化元素的向量
2. T 应是默认可构造的
3. Linear in n

所有 3 个变体都满足 1，因为 default + copy、default + move 等价于 default
所有 3 个变体都满足 3
所有 3 个变体都满足 2：它们适用于 DefaultConstructible 类型。特定算法可用于可移动类型。对于具有不同功能的类型使用不同版本的算法是 STL 的一般做法。