Program Transformation Semantics （程序转换语义学）

本文是Inside The C++ Object Model Chapter 2 部分的读书笔记。讨论编译器调用拷贝构造函数时的策略(如何优化以提高效率),侯捷称之为"程序转化的语义学"

或者说是关于编译器对于程序是如何进行有效转化或者说翻译，以实现C++的语法机制。主要来说有以下几种Semantics：

1） 明确的初始化操作(Explicit Initialization)

比如定义： X x0;
那么以下定义： X x1(x0); X x2 = x0; X x3 = X(x0); 都会被转化成： X x1,x2,x3; 在这里编译器并不会做这三个object的初始化，而是调用copy constructor进行初始化：

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

2) 参数初始化(Argument Initialization)

C++ Standard （ Section 8.5）说，把一个class  object 当做参数传递给一个函数或者把它作为一个函数的返回值时，相当于以下形式的初始化操作：

X xx = arg;其中xx是形式参数或者返回值，arg代表真正的参数值，因此类似于void foo(X x0);这种调用，将会使得local instance x0以memberwise的形式以实际参数为初始值进行初始化。

一般来说，编译器有两种做法：

a) introduce a temporary object

还是以上文的函数声明 void foo(X x0);

调用进入后，1、编译器生成一个temporary object：X _temp;

2、以实际参数xx 拷贝构造 这个temporary object：_temp.X::X(xx);

3、重新改写函数调用操作，foo(_temp);

4、最重要的一点就是修改参数调用方式为引用，否则如何工作又回到原点啦。。。void foo(X &x0);

b） 将参数直接以copy constructor建构到函数的堆栈上，这样也会有一个local object生成；当然在函数返回时该local object也会被destructed。

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

当返回值是object时，这个object是如何返回的呢？cfront使用的是一个双阶段转化：

a） 首先加上一个额外的参数，是class object的reference，这个参数将放置通过copy constructor得来的返回值

b）在return之前安插一个copy constructor，以便将欲传回之的object当做上述新增参数的处置。

例如：X bar() { X xx; return xx;} 会被转化为：

void bar(X & _res)      //这里安插了临时引用参数

{

X xx;

xx.X::X();

_res.X::X(xx);              //这里安插了临时引用的拷贝构造函数

return;

}

现在编译器必须转化每个bar调用，以反映其新定义。例如X xx = bar(); ===> X xx; bar( xx );

而相应的 bar().memfunc(); //执行bar()所返回之X class object的member function

会被编译器转化为：

X temp0;

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

在
返回值优化上，Optimization at the User Level or Optimization at the Compiler
Level。在User Level， 设计者需要创建不同的constructor，这样object直接通过计算，而不需要copy
constructor。这样做如果在非常注重效率的场合可能比较有意义，但是缺乏抽象。

在Compiler Level，现在广为认知的就是 Name Return Value（NRV）Optimization：

void bar(X & _res)      //这里安插了临时引用参数

{

_res.X::X();

//直接操作_res

return;

}

也就是说，NRVO 省略了一次copy constructor的调用。但是如果copy constructor有side-effect的话，那么这个优化就会有问题。

书中提到，如果某个class 会有大量的object return value的情况，那么需要为该class define copy
constructor，以触发NRV（或者叫RVO， Return Value
Optimization）。但是，黄俊达先生认为：Lippman 在 p67 最後一行所言『这个程式的第一个版本不能实施 NRV 最佳化，因
为 test class 缺少一个 copy constructor』，
此语错误。黄先生认为如果程式没
有 explicit copy constructor，编译器会自动为我们做出来（如为 trivial，则直接 bitwise copy；如
为 nontrivial，则由编译器为我们合成出一个 copy constructor）。因此，有没有 explicit
copy constructor 并不影响 NRV 最佳化的实施。他认为 NRV 最佳化主要是
由编译器 option 来决定要不要实施。他并且做了一些实验，判断 VC 和 gcc
都没有做到 NRV 最佳化，而其不做的理由不是因为技术上的困难，是为了避免造成「user defined copy constructor 之副
作用失效」-- 所谓副作用
是指，例如「在 user defined copy constructor 中做一个 cout 输出」之类这种「与 memberwise copy 无关」的动作。

NRV优化还是很重要，比如下面的代码，如果没有NRV将会有三次copy 构造，二次析构：
        Type get(int I) { return Type(i); } Type t = get(1);

甚至有人认为user defined copy constructor会阻止NRV的优化。更多讨论可以参见： 关于编译器对拷贝构造函数优化的问题再讨论