聚合引用成员和临时生命周期

Question

鉴于此代码示例，关于传递给 S 的临时字符串的生命周期的规则是什么。

struct S
{
    // [1] S(const std::string& str) : str_{str} {}
    // [2] S(S&& other) : str_{std::move(other).str} {}

    const std::string& str_;
};

S a{"foo"}; // direct-initialization

auto b = S{"bar"}; // copy-initialization with rvalue

std::string foobar{"foobar"};
auto c = S{foobar}; // copy-initialization with lvalue

const std::string& baz = "baz";
auto d = S{baz}; // copy-initialization with lvalue-ref to temporary

按照标准：

N4140 12.2 p5.1（在 N4296 中删除）

在构造函数的 ctor-initializer (12.6.2) 中，临时绑定到引用成员会一直持续到 构造函数退出。

N4296 12.6.2 p8

绑定到 mem-initializer 中的引用成员的临时表达式格式不正确。

因此，拥有像[1] 这样的用户定义构造函数绝对不是我们想要的。它甚至应该在最新的 C++14 中格式不正确（或者是吗？）gcc 和 clang 都没有警告过它。
它会随着直接聚合初始化而改变吗？我看起来在那种情况下，临时生命周期延长了。

现在关于复制初始化，Default move constructor and reference members 声明 [2] 是隐式生成的。鉴于移动可能会被省略，同样的规则是否适用于隐式生成的移动构造函数？

a, b, c, d 中的哪一个具有有效引用？

Answer 1

除非有特定的例外，否则绑定到引用的临时对象的生命周期会延长。也就是说，如果没有这个异常，那么生命周期就会被延长。

来自最近的草稿，N4567：

第二个上下文[生命周期延长的地方]是当一个 引用绑定到一个临时的。临时的 引用被绑定或者是一个完整对象的临时对象 引用绑定到的子对象在 参考除外：

• (5.1) 在函数调用 (5.2.2) 中绑定到引用参数的临时对象将持续存在，直到完成 包含调用的完整表达式。
• (5.2) 临时绑定到函数返回语句 (6.6.3) 中的返回值的生命周期没有延长；临时是 在 return 语句的完整表达式的末尾销毁。
• (5.3) 临时绑定到 new-initializer (5.3.4) 中的引用，直到完整表达式完成为止 包含 new-initializer。

正如 OP 所述，C++11 的唯一重大变化是，在 C++11 中，引用类型的数据成员有一个额外的例外（来自 N3337）：

• 临时绑定到构造函数的 ctor-initializer (12.6.2) 中的引用成员会一直存在，直到构造函数退出。

这已在 CWG 1696（C++14 后）中删除，现在通过 mem-initializer 将临时对象绑定到引用数据成员的格式不正确。

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关于 OP 中的示例：

struct S
{
    const std::string& str_;
};

S a{"foo"}; // direct-initialization

这会创建一个临时的std::string 并用它初始化str_ 数据成员。 S a{"foo"} 使用聚合初始化，因此不涉及内存初始化器。生命周期延长的例外情况均不适用，因此该临时的生命周期将延长至引用数据成员 str_ 的生命周期。

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auto b = S{"bar"}; // copy-initialization with rvalue

在使用 C++17 强制复制省略之前： 形式上，我们创建一个临时std::string，通过将临时std::string绑定到str_引用成员来初始化一个临时S。然后，我们将临时的S 移动到b。这将“复制”引用，这不会延长 std::string 临时的生命周期。 但是，实现将忽略从临时S 到b 的移动。不过，这一定不会影响临时 std::string 的生命周期。您可以在以下程序中观察到这一点：

#include <iostream>

#define PRINT_FUNC() { std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << "\n"; }

struct loud
{
    loud() PRINT_FUNC()
    loud(loud const&) PRINT_FUNC()
    loud(loud&&) PRINT_FUNC()
    ~loud() PRINT_FUNC()
};

struct aggr
{
    loud const& l;
    ~aggr() PRINT_FUNC()
};

int main() {
    auto x = aggr{loud{}};
    std::cout << "end of main\n";
    (void)x;
}

Live demo

请注意，loud 的析构函数在“main 结束”之前调用，而 x 一直存在到该跟踪之后。正式地，临时的loud 在创建它的完整表达式的末尾被销毁。

如果aggr 的移动构造函数是用户定义的，则行为不会改变。

在 C++17 中强制复制省略： 我们将右轴 S{"bar"} 上的对象与左轴 b 上的对象识别。这会导致临时的生命周期延长到b 的生命周期。见CWG 1697。

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对于其余两个示例，移动构造函数（如果调用）只是复制引用。当然，可以省略移动构造函数（S），但这是不可观察的，因为它只复制引用。