C++對象模型（三）：Program Transformation Semantics （程序轉換語義學）

本文是Inside The C++ Object Model Chapter 2 部分的讀書筆記。是討論編譯器調用拷貝構造函數時的策略(如何優化以提升效率),侯捷稱之爲"程序轉化的語義學"

或者說是是關於編譯器對於程序是如何進行有效轉化或者說翻譯，以實現C++的語法機制。主要來講有如下幾種Semantics：

1） 明確的初始化操做(Explicit Initialization)

好比定義： X x0;
那麼如下定義： X x1(x0); X x2 = x0; X x3 = X(x0); 都會被轉化成： X x1,x2,x3; 在這裏編譯器並不會作這三個object的初始化，而是調用copy constructor進行初始化：

x1.X::X(x0); x2.X::X(x0); x3.X::X(x0);

2) 參數初始化(Argument Initialization)

C++ Standard （ Section 8.5）說，把一個class  object 當作參數傳遞給一個函數或者把它做爲一個函數的返回值時，至關於如下形式的初始化操做：

X xx = arg;其中xx是形式參數或者返回值，arg表明真正的參數值，所以相似於void foo(X x0);這種調用，將會使得local instance x0以memberwise的形式以實際參數爲初始值進行初始化。

通常來講，編譯器有兩種作法：

a) introduce a temporary object

仍是以上文的函數聲明 void foo(X x0);

調用進入後，一、編譯器生成一個temporary object：X _temp;

                       二、以實際參數xx 拷貝構造 這個temporary object：_temp.X::X(xx);

                       三、從新改寫函數調用操做，foo(_temp);

                       四、最重要的一點就是修改參數調用方式爲引用，不然如何工做又回到原點啦。。。void foo(X &x0);

b） 將參數直接以copy constructor建構到函數的堆棧上，這樣也會有一個local object生成；固然在函數返回時該local object也會被destructed。

3） 返回值的初始化(Return Value Initialization)

當返回值是object時，這個object是如何返回的呢？cfront使用的是一個雙階段轉化：

a） 首先加上一個額外的參數，是class object的reference，這個參數將放置經過copy constructor得來的返回值

b）在return以前安插一個copy constructor，以便將欲傳回之的object當作上述新增參數的處置。

例如：X bar() { X xx; return xx;} 會被轉化爲：

void bar(X & _res)      //這裏安插了臨時引用參數

{

X xx;

xx.X::X();

_res.X::X(xx);              //這裏安插了臨時引用的拷貝構造函數

return;

}

如今編譯器必須轉化每一個bar調用，以反映其新定義。例如X xx = bar(); ===> X xx; bar( xx );

而相應的 bar().memfunc(); //執行bar()所返回之X class object的member function

會被編譯器轉化爲：

X temp0;

(bar(temp0),temp0).memfunc();

在返回值優化上，Optimization at the User Level or Optimization at the Compiler Level。在User Level， 設計者須要建立不一樣的constructor，這樣object直接經過計算，而不須要copy constructor。這樣作若是在很是注重效率的場合可能比較有意義，可是缺少抽象。

在Compiler Level，如今廣爲認知的就是 Name Return Value（NRV）Optimization：

void bar(X & _res)      //這裏安插了臨時引用參數

{

_res.X::X();

//直接操做_res

return;

}

也就是說，NRVO 省略了一次copy constructor的調用。可是若是copy constructor有side-effect的話，那麼這個優化就會有問題。

        書中提到，若是某個class 會有大量的object return value的狀況，那麼須要爲該class define copy constructor，以觸發NRV（或者叫RVO， Return Value Optimization）。可是，黃俊達先生認爲：Lippman 在 p67 最後一行所言『這個程式的第一個版本不能實施 NRV 最佳化，由於 test class 缺乏一個 copy constructor』，
此語錯誤。黃先生認爲若是程式沒有 explicit copy constructor，編譯器會自動爲咱們作出來（如爲 trivial，則直接 bitwise copy；如爲 nontrivial，則由編譯器爲咱們合成出一個 copy constructor）。所以，有沒有 explicit copy constructor 並不影響 NRV 最佳化的實施。他認爲 NRV 最佳化主要是 由編譯器 option 來決定要不要實施。他而且作了一些實驗，判斷 VC 和 gcc 都沒有作到 NRV 最佳化，而其不作的理由不是由於技術上的困難，是爲了不形成「user defined copy constructor 之反作用失效」-- 所謂反作用
是指，例如「在 user defined copy constructor 中作一個 cout 輸出」之類這種「與 memberwise copy 無關」的動做。

NRV優化仍是很重要，好比下面的代碼，若是沒有NRV將會有三次copy 構造，二次析構：
        Type get(int I) { return Type(i); } Type t = get(1);

甚至有人認爲user defined copy constructor會阻止NRV的優化。更多討論能夠參見：關於編譯器對拷貝構造函數優化的問題再討論