大返回值（如字符串）的内存释放在 C++ 中是如何发生的？答案

【问题标题】：How does the memory release for big return values (such as string) happen in C++?大返回值（如字符串）的内存释放在 C++ 中是如何发生的？
【发布时间】：2015-01-29 18:58:21
【问题描述】：

假设我在 C++ 中有一个函数 A()，它调用另一个函数 B()。 B() 打开一个文件并读取一个较长的字符串，然后将该字符串返回给 A()。比 A() 使用此字符串作为 C() 的输入参数。 C() 期待一个对字符串的引用。

为此，我看到了两种解决方案：

B() 获取对字符串的引用作为 输入参数（称为 str）。 B() 编辑 str ，因此 A() 获取字符串。释放分配的内存是 A() 的职责。当 A() 使用字符串完成时，它会将内存返回给系统。这一点我很清楚。
B() 返回一个字符串。我对这个选项感到困惑。那么谁释放分配的内存呢？ B() 创建一个本地字符串，因此不能返回其地址。 B() 必须按值返回参数。据我所知，由于返回值优化，没有创建字符串的实际副本。在后台，参数仍然是通过引用传递的。当我写类似这样的伪代码时：

A() {
  C(B(filename))
}

与分配的内存相比会发生什么？ B() 获取文件名，打开文件，为它从文件中读取的字符串分配一个内存块，然后返回这个字符串。这是 B() 生命范围的终结。 A() 没有定义一个变量来处理这个字符串。谁把这个内存块还给我？我可以依靠 RVO 吗？性能按值返回是否可以？每个编译器都有吗？

【问题讨论】：

按值返回：请阅读返回值优化（复制省略）和右值引用。
@DieterLücking RVO 在问题中被反复提及，所以显然 OP 知道这一点。
你不用担心编译器是否支持RVO。从 C++11 开始，移动语义（由右值引用提供）保证返回字符串（或任何具有移动构造函数的对象）非常有效。
@Ferrucio Tnahk 你，RVO 部分现在很清楚。释放内存怎么样？在 Java 中，我会依赖垃圾收集器并说如果没有人使用这些数据，垃圾收集器会处理它。但是在 C++ 中会发生什么？
@lulijeta：在 C++ 中，主要的范例是 RAII。 std::string 紧随其后，因此当使用它的 std::string 对象超出范围（或以其他方式销毁）时，内存将被释放。

标签： c++ string memory-management return-value return-value-optimization

【解决方案1】：

是否使用 RVO 是一种优化，并且是一种透明的优化。我将在最后介绍这一点，因为它对按值返回对象的机制没有影响。

现在，当您按值返回对象时，编译器实际上所做的就是添加一个不可见的参数作为指针。此内存分配在调用者的堆栈上。您的函数使用编写的代码执行其操作（请记住，没有 RVO），然后返回使用本地对象调用调用者对象上的复制构造函数的对象。然后本地的就被销毁了。

谁清除调用者对象？和其他所有对象一样，它遵循 RAII 规则：它的析构函数在作用域结束时被调用，而堆栈指针在函数结束时回绕过去。

现在关于 RVO。 RVO 所做的只是避免了函数中的内部创建+复制+析构函数调用——它直接与函数外部的对象一起工作。它将在其上调用适当的构造函数（想想放置new），然后它将使用其字段和函数来完成工作，最后无事可做。它不会被销毁或释放，因为这是结果——它已经在调用者的手中。

编辑：至于 RVO 有多普遍，任何理智的 PC 编译器都支持它。它与 #pragma once 一样受到支持，尽管古怪的纯粹主义者总是说它不“标准”。

【讨论】：

Oddball purist here：该标准在 14882:1999 §12.8.15 中指定了 RVO（“编译器可以省略复制/移动返回值”），并在 14882:2011 §12.8.31- 中对其进行了扩展32 包括移动省略。
“可能”意味着许可，而不是强制执行。也许我误解了你的意思，这是什么？
我的观点是，实现 RVO 的许可从一开始就在标准中，16 年后，可以假设大多数（如果不是全部）编译器都会实现它，但很少有例外。
这正是我所说的。我很困惑你为什么提出这个问题，但我们在这里达成了一致！
我认为令人困惑的是，如果我理解正确的话，您最初的“古怪纯粹主义者”言论是针对那些可能会说#pragma once 不标准的人。但 grayfade 将其解释为针对可能（错误地）说 RVO 不标准的人。

【解决方案2】：

假设您的代码使用了 RVO：

A() {
  C(B(filename))
}

编译器在A 的上下文中创建一个std::string 类型的临时变量。当它调用B 时，它基本上传递了对该临时对象的隐藏引用。 B 写入引用的字符串，然后返回。

然后将该临时对象传递给C。所以，最终的代码大致相当于这个顺序：

// string B(); is turned into:
void B(string &ret) { 
    ret = "a really long string";
}

void A() { 
    {
        std::string temporary_object;

        B(temporary_object);
        C(temporary_object);
    }
}

我在表达式的扩展周围添加了一个额外的块，以强调临时对象是在表达式 C(B(filename)) 开始执行时创建的，并在表达式结束时再次销毁。

我在上面展示的内容在某些方面与真实内容有所不同。例如，如果您有一个不支持默认构造的类，它仍然可以工作，即使涉及 RVO（上面的代码要求该类型是默认可构造的，这对于std::string 来说很好，但可能其他任何东西都不能很好地工作）。如果你想更准确一点，你可能会传递一个指向原始内存的指针，B 将使用placement new 来就地创建返回值（但你在C++ 中显示的任何内容都不能精确复制编译器的内容确实）。

【讨论】：