Visual Studio 2017 是否需要显式移动构造函数声明？

Question

使用 Visual Studio 2015 可以成功编译以下代码，但使用 Visual Studio 2017 编译失败。Visual Studio 2017 报告：

错误 C2280：“std::pair::pair(const std::pair &)”：试图引用已删除的函数

代码

#include <unordered_map>
#include <memory>

struct Node
{
  std::unordered_map<int, std::unique_ptr<int>> map_;
  // Uncommenting the following two lines will pass Visual Studio 2017 compilation
  //Node(Node&& o) = default;
  //Node() = default;
};

int main()
{
  std::vector<Node> vec;
  Node node;
  vec.push_back(std::move(node));
  return 0;
}

看起来 Visual Studio 2017 显式需要移动构造函数声明。是什么原因？

Answer 1

小例子：

#include <memory>
#include <unordered_map>
#include <vector>

int main() {
  std::vector<std::unordered_map<int, std::unique_ptr<int>>> vec;
  vec.reserve(1);
}

GodBolt 上的现场演示：https://godbolt.org/z/VApPkH。

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另一个例子：

std::unordered_map<int, std::unique_ptr<int>> m;
auto m2 = std::move(m);              // ok
auto m3 = std::move_if_noexcept(m);  // error C2280

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更新

我相信编译错误是合法的。 Vector 的重新分配函数可以使用std::move_if_noexcept 传递元素（的内容），因此更喜欢复制构造函数而不是抛出移动构造函数。

在 libstdc++ (GCC) / libc++ (clang) 中，std::unordered_map 的移动构造函数是（看似）noexcept。因此，Node 的移动构造函数也是noexcept，完全不涉及其复制构造函数。

另一方面，MSVC 2017 的实现似乎没有将 std::unordered_map 的移动构造函数指定为 noexcept。所以Node的move构造函数也不是noexcept，vector通过std::move_if_noexcept的重新分配函数试图调用Node的copy构造函数。

Node 的复制构造函数是隐式定义的，因此它会调用std::unordered_map 的复制构造函数。但是，此处可能不会调用后者，因为 map 的值类型（本例中为 std::pair<const int, std::unique_ptr<int>>）是不可复制的。

最后，如果你定义Node的移动构造函数，它的隐式声明的复制构造函数被定义为删除。 并且，IIRC，已删除隐式声明的复制构造函数不参与重载决议。但是，std::move_if_noexcept 不考虑删除的复制构造函数，因此它将使用Node. 的抛出移动构造函数

Answer 2

当您声明移动构造函数时，隐式声明的复制构造函数被定义为已删除。另一方面，当您不声明移动构造函数时，编译器会在需要时隐式定义复制构造函数。而且这个隐含的定义格式不正确。

unique_ptr 在使用标准分配器的容器中不是 CopyInsertable，因为它不可复制构造，因此 map_ 的复制构造函数格式不正确（它可以被声明为已删除，但这不是标准要求）。

正如您的示例代码向我们展示的那样，对于较新版本的 MSVC，此格式错误的定义是使用此示例代码生成的。我认为标准中没有禁止它的内容（即使这确实令人惊讶）。

所以你确实应该确保 Node 的复制构造函数被声明或隐式定义为删除。

Answer 3

让我们看一下std::vector源代码（我将pointer和_Ty替换为实际类型）：

void _Umove_if_noexcept1(Node* First, Node* Last, Node* Dest, true_type)
    {   // move [First, Last) to raw Dest, using allocator
    _Uninitialized_move(First, Last, Dest, this->_Getal());
    }

void _Umove_if_noexcept1(Node* First, Node* Last, Node* Dest, false_type)
{   // copy [First, Last) to raw Dest, using allocator
    _Uninitialized_copy(First, Last, Dest, this->_Getal());
}

void _Umove_if_noexcept(Node* First, Node* Last, Node* Dest)
{   // move_if_noexcept [First, Last) to raw Dest, using allocator
    _Umove_if_noexcept1(First, Last, Dest,
        bool_constant<disjunction_v<is_nothrow_move_constructible<Node>, negation<is_copy_constructible<Node>>>>{});
}

如果Node 是无抛移动构造或不可复制构造，则调用_Uninitialized_move，否则调用_Uninitialized_copy。

问题在于，如果您没有显式声明移动构造函数，Node 的类型特征 std::is_copy_constructible_v 是 true。此声明使复制构造函数被删除。

libstdc++ 以类似的方式实现std::vector，但std::is_nothrow_move_constructible_v<Node> 是true，而MSVC 是false。因此，使用了移动语义，编译器不会尝试生成复制构造函数。

但是如果我们强制 is_nothrow_move_constructible_v 变成 false

struct Base {
    Base() = default;
    Base(const Base&) = default;
    Base(Base&&) noexcept(false) { }
};

struct Node : Base {
    std::unordered_map<int, std::unique_ptr<int>> map;
};

int main() {
    std::vector<Node> vec;
    vec.reserve(1);
}

同样的错误发生：

/usr/include/c++/7/ext/new_allocator.h:136:4: error: use of deleted function ‘std::pair<_T1, _T2>::pair(const std::pair<_T1, _T2>&) [with _T1 = const int; _T2 = std::unique_ptr<int>]’
  { ::new((void *)__p) _Up(std::forward<_Args>(__args)...); }
    ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

Answer 4

Visual Studio 2017：

正如@Evg 所指出的，Visual Studio 2017 的矢量源代码最终调用了 _Uninitialized_copy，因为在 Visual Studio 2017 中，隐式声明的 Node 移动构造函数被认为是 not-nothrow（is_nothrow_move_constructible<Node> 为假），is_copy_constructible<Node> 为真.

1) 关于is_nothrow_move_constructible<Node>：

https://en.cppreference.com/w/cpp/language/move_constructor 说：

隐式声明（或在其第一个声明时默认）移动构造函数具有如dynamic exception specification（C++17 前）exception specification（C++17 起）中所述的异常规范

也许将is_nothrow_move_constructible<Node> 视为错误是合理的，因为Node 的数据成员std::unordered_map 的移动构造函数未标记为noexcept。

2) 关于is_copy_constructible<Node>：

正如@Oliv 所说，将is_copy_constructible<Node> 计算为true 似乎不合逻辑，特别是考虑到Node 不是copy_constructible 已被Visual Studio 2017 编译器检测并报告为编译错误这一事实。 Node 不是 copy_constructible 因为std::unique_ptr 不是 copy_constructible。

Visual Studio 2015：

Visual Studio 2015 的向量有不同的实现。 vec.push_back->_Reserve->_Reallocate->_Umove->_Uninitialized_move_al_unchecked->_Uninitialized_move_al_unchecked1->std::move(node)。 is_nothrow_move_constructible<Node> 和 is_copy_constructible<Node> 不涉及。它只是调用 std::move(node) 而不是复制构造函数。因此示例代码可以使用 Visual Studio 2015 成功编译。