在派生类到基类的转换中移动语义答案

【问题标题】：Move semantics in derived-to-base class conversions在派生类到基类的转换中移动语义
【发布时间】：2019-11-23 11:41:34
【问题描述】：

考虑以下类Buffer，它包含一个std::vector 对象：

#include <vector>
#include <cstddef>

class Buffer {
   std::vector<std::byte> buf_;
protected:
   Buffer(std::byte val): buf_(1024, val) {}
};

现在，考虑下面的函数make_zeroed_buffer()。 BufferBuilder 类是一个 local class，它公开地派生自 Buffer。它的目的是创建Buffer 对象。

Buffer make_zeroed_buffer() {
   struct BufferBuilder: Buffer {
      BufferBuilder(): Buffer(std::byte{0}) {}
   };

   BufferBuilder buffer;

   // ...

   return buffer;
}

如果没有发生复制省略，是否保证将上面的buffer 对象移出？

我的理由如下：

return 语句中的表达式buffer 是一个左值。由于它是一个不再使用的本地对象，编译器将其转换为一个右值。
buffer 对象的类型为 BufferBuilder。 Buffer 是BufferBuilder 的公共基类，所以这个BufferBuilder 对象被隐式转换为Buffer 对象。
反过来，这种转换意味着隐式引用到派生到引用到基础的转换（即，对BufferBuilder 的引用到对Buffer 的引用）。对BufferBuilder 的引用是一个右值引用（参见1.），它变成了对Buffer 的右值引用。
Buffer 的右值引用匹配Buffer 的移动构造函数，用于构造make_zeroed_buffer() 按值返回的Buffer 对象。因此，返回值是通过从对象buffer 的Buffer 部分移动来构造的。

【问题讨论】：

如果没有复制省略发生 是什么让你认为这个条件永远会得到满足？据我回忆，当你明确地return std::move(buffer); 时，编译器（clang）会发出一个关于抑制复制省略的警告。
@Walter 是什么让您认为复制省略将永远得到满足？
如果我没记错的话，在这个非常特殊的情况下你必须使用return std::move(buffer)
无复制省略。违反下一条语句：在返回语句中，当操作数是与函数返回类型相同的类类型（忽略 cv 限定）的纯右值时
缓冲区对象的类型为 BufferBuilder。 Buffer是BufferBuilder的公共基类，所以这个BufferBuilder对象被隐式转换为Buffer对象。不正确。 BufferBuilder 对象被隐式复制到 Builder 对象。您对派生类的指针感到困惑。

标签： c++ c++17 move-semantics derived-class object-slicing

【解决方案1】：

RVO 优化

如果没有发生复制省略 [...]

实际上，复制省略不会发生（没有if）。

来自 C++ 标准class.copy.elision#1：

在以下情况下是允许的[...]：

-- 在具有类返回类型的函数的 return 语句中，当表达式是非易失性自动对象的名称 ([...]) 具有相同类型 (忽略 cv 限定）作为函数返回类型 [...]

从技术上讲，当您返回派生类并且发生切片操作时，无法应用 RVO。

从技术上讲，RVO 在堆栈帧的返回空间上构造本地对象。

|--------------|
| local vars   |
|--------------|
| return addr  |
|--------------|
| return obj   |
|--------------|

通常，派生类可以具有与其父类不同的内存布局（不同的大小、对齐方式等）。所以不能保证本地对象（派生）可以在为返回对象（parent）保留的地方构造。

隐式移动

现在，隐式移动呢？

上面的缓冲区对象是否保证被移出？？？

简而言之：没有。相反，保证对象会被复制！

在这种特殊情况下，由于切片，不会执行隐式移动。

简而言之，这是因为重载解析失败。它试图匹配移动构造函数（Buffer::Buffer(Buffer&&)），而你有一个BufferBuild 对象）。所以它回退到复制构造函数。

来自 C++ 标准class.copy.elision#3：

[...] 如果所选构造函数的第一个参数或 return_value 重载的类型不是对对象类型的右值引用（可能是 cv 限定的），则再次执行重载决策，将对象视为左值。

因此，由于第一次重载决议失败（正如我上面所说的），表达式将被视为 lvalue（而不是 rvalue），从而抑制移动。

Arthur O'Dwyer 的一个有趣的演讲专门提到了这个案例。 Youtube Video.

补充说明

在 clang 上，您可以传递标志 -Wmove 以检测此类问题。确实for your code：

local variable 'buffer' will be copied despite being returned by name [-Wreturn-std-move]

   return buffer;

          ^~~~~~

<source>:20:11: note: call 'std::move' explicitly to avoid copying

   return buffer;

clang 直接建议你在返回表达式上使用std::move。

【讨论】：

在标准语言中，隐式移动是不允许的，因为“所选构造函数的第一个参数的类型 (Buffer&&) 不是对对象类型 (BufferBuilder&&) 的右值引用”@987654325 @
是的，这就是我写的（换句话说）。不过谢谢，也许我可以改写更好，并添加对标准的引用。
你说得很好，我只是想展示“证据”。
如果我对规范的阅读是正确的，本地类的这种修改应该会让编译器移动它：struct BufferBuilder { BufferBuilder():buffer(std::byte{0}) {} Buffer buffer; operator Buffer() && { return (Buffer&&)buffer; } }; 因为不再有“选定的构造函数”了。（编辑：在 Buffer 中需要一个公共构造函数：/）
GCC 是否有一个等同于-Wmove 的标志？

【解决方案2】：

make_zeroed_buffer() 中的对象缓冲区将在 Buffers 的复制构造函数用于返回值的帮助下复制后销毁。

【讨论】：