C++细节五:避免产生临时(隐式)对象

本文通过实例详细解析了C++中临时对象的概念及其产生过程,强调了如何避免不必要的临时对象生成以提高程序效率。

    产生一个对象,如果这个对象很大并且这个对象是在一个循环里面产生的,是特别耗资源的,因为编译器要找到一块合适的内存,如果没有合适的还要整理磁盘碎片并合并为一块合适的对象存储区。因此,在编程中一定要小心的产生临时对象。

    临时对象在C++语言中的特征是未出现在源代码中,从堆栈中产生的未命名对象。这里需要特别注意的是,临时对象并不出现在源代码中。即开发人员并没有声明要使用它们,没有为其声明变量。它们由编译器根据情况产生,而且开发人员往往都不会意识到它们的产生。

    当然,编译器产生临时变量往往对我们是很方便的,这和临时对象是不一样的。

    首先看下面这个例子:

  1. #include <stdio.h>
  2. class A
  3. {
  4. public
  5.     A()
  6.     {
  7.         printf("A created./n");
  8.     }
  9.     A(A& a)
  10.     {
  11.         printf("A created with copy/n");
  12.     }
  13.     ~A()
  14.     {
  15.         printf("A destroyed./n");
  16.     }
  17. };
  18. A foo(A a)//产生第二个对象
  19. {
  20.     A b;//产生第三个对象
  21.     return b;
  22. }
  23. int main()
  24. {
  25.     A a;//产生第一个对象
  26.     a=foo(a);//产生第四个对象
  27.     return 0;
  28. }

输出结果如图:

 

    以上代码,表面上我们只在22行和28行产生了2个对象,但是实际上产生了4个对象,在代码中有标示。我们完全可以将20行改为 A& foo(A &a), 参数和返回值都传引用,可以避免产生临时对象。

 

    除了因为返回对象或者传入对象产生隐藏对象之外,还有很多原因会产生临时对象,特别是使用重载运算符的时候,返回一个对象。未完待续。

 

 

<think>首先,用户的问题是:“我想了解C++移位操作符是否会产生临时变量 请问C++ shift operator temporary variable creation”。这是一个关于C++编程语言的问题,具体是关于移位操作符(如<<和>>)是否在操作过程中创建临时变量。 关键点: - 移位操作符:在C++中,移位操作符包括左移(<<)和右移(>>),用于位操作。 - 临时变量:在表达求值过程中,编译器可能会创建临时对象存储中间结果。 我需要确保回答基于C++标准,并引用相关知识。系统级指令要求使用中文回答,结构清晰,并生成相关问题。另外,必须正确使用LaTeX格,行内数学表达用$...$,独立公用$$...$$。 回顾提供的引用: - 引用[1]:讨论了操作符重载中的临时变量创建,涉及operator+和移动语义。这暗示了操作符表达可能产生临时对象。 - 引用[2]:关于C++03中的虚函数覆盖问题,与当前问题无关。 所以,引用[1]更相关,因为它讨论了操作符表达中的临时对象。 核心问题:移位操作符是否产生临时变量? - 在C++中,移位操作符是内置操作符,用于整数类型。它们的行为取决于操作数的类型。 - 对于内置类型(如int),移位操作符不会创建临时变量;它们直接操作值。 - 但是,如果操作数涉及用户自定义类型(如类),并且操作符被重载,那么临时变量可能被创建,这取决于重载的实现。 - 在表达求值中,编译器可能生成临时变量来存储中间结果,但这通常是优化的一部分。 标准行为: - 对于内置移位操作符:例如,`int a = 5; int b = a << 2;` 这里,`a << 2` 直接计算,没有临时变量;结果直接赋给b。 - 然而,在复杂表达中,如`int c = (a << 2) << 3;`,编译器可能创建一个临时值来存储`a << 2`的结果,然后再左移3位。但这不是语言要求;编译器可以优化掉临时变量。 - 对于用户自定义类型:如果重载了移位操作符(如用于流操作),则可能创建临时对象,类似于引用[1]中的operator+例子。 在引用[1]中,它讨论了operator+如何创建临时对象,并涉及移动语义。类似地,如果移位操作符被重载,它也可能创建临时对象。 所以,回答应该区分内置类型和用户自定义类型。 结构化回答: 1. **介绍移位操作符**:解释什么是移位操作符。 2. **内置类型**:对于内置整数类型,移位操作符通常不创建临时变量;它们是直接操作。 3. **用户自定义类型**:如果重载了移位操作符,临时变量可能被创建,这取决于实现。 4. **编译器优化**:现代编译器可以优化掉不必要的临时变量。 5. **引用支持**:引用[1]来支持操作符重载中临时变量的创建。 使用中文回答。 生成相关问题:基于主题,生成3个相关问题。 确保LaTeX正确:如果需要数学表达,比如位移操作,使用$...$。例如,左移:$a << n$ 等价于 $a \times 2^n$。 最终回答结构: - 先直接回答问题。 - 然后详细解释。 - 添加代码示例(如果需要)。 - 生成相关问题。</think>### C++移位操作符是否会产生临时变量? 在C++中,移位操作符(左移 `<<` 和右移 `>>`)是否会产生临时变量,取决于操作数的类型和上下文。简单来说: - **对于内置类型(如 `int`, `char` 等)**:移位操作符通常**不会显创建临时变量**,因为编译器会直接操作值。但在复杂表达中,编译器可能生成临时变量来存储中间结果(编译器优化可能消除这些临时变量)。 - **对于用户自定义类型(如类)**:如果重载了移位操作符,则可能创建临时对象,这取决于重载的实现方(例如,返回新对象时)。 下面我将逐步解释,确保回答基于C++标准(如 C++11 及以上版本),并引用相关概念。代码示例使用C++11语法,以说明行为。 #### 1. **内置类型的移位操作** - 移位操作符是内置操作符,用于整数类型的位操作。例如,左移 `a << n` 等价于数学运算 $a \times 2^n$(忽略溢出),右移 `a >> n` 等价于 $a \div 2^n$(整数除法)。 - 在简单赋值中,如 `int b = a << 2;`,编译器通常不会创建临时变量;它直接计算并赋值。 - 但在链表达或复合表达中,编译器可能生成临时变量来存储中间结果。例如: ```cpp int a = 5; int c = (a << 2) << 3; // 编译器可能为 (a << 2) 的结果创建一个临时变量,然后再左移3位 ``` - 这并非语言强制要求,而是编译器的实现细节。现代编译器(如 GCC 或 Clang)通过优化(如常量传播或寄存器分配)常常消除这些临时变量,提高性能[^1]。 - **关键点**:内置操作不会涉及对象构造或析构,因此临时变量(如果存在)是低开销的。 #### 2. **用户自定义类型的移位操作(操作符重载)** - 如果为自定义类重载移位操作符(如用于I/O流的 `<<`),临时变量可能被显创建,尤其是当重载函数返回新对象时。 - 例如,考虑一个自定义的 `BitArray` 类: ```cpp class BitArray { public: BitArray(int val) : data(val) {} // 重载左移操作符(返回新对象,可能创建临时变量) BitArray operator<<(int shift) const { return BitArray(data << shift); // 返回新对象,这里创建临时BitArray } int data; }; ``` - 在表达 `BitArray obj1(5); BitArray obj2 = obj1 << 2 << 3;` 中: - `obj1 << 2` 调用重载操作符,返回一个新临时对象(称为 `temp1`)。 - 然后 `temp1 << 3` 再次调用操作符,返回另一个临时对象(`temp2`)。 - 最后,`obj2` 通过拷贝或移动赋值(如果定义了移动语义)获得值。 - 这类似于引用[1]中描述的 `operator+` 行为:表达求值可能链创建临时对象,并涉及移动语义(C++11 起)来优化所有权转移。 - **优化提示**:通过使用引用或移动语义(如 `noexcept` 移动构造函数),可以减少临时对象的开销。例如: ```cpp BitArray(BitArray&& other) noexcept : data(other.data) {} // 移动构造函数 ``` #### 3. **编译器优化和性能考虑** - 编译器(如启用 `-O2` 优化)会尽力消除不必要的临时变量,尤其是在内置类型操作中。 - 使用工具(如 C++ 内存分析器或输出调试)可以检测临时变量创建。例如,在自定义类中添加打印语句: ```cpp BitArray operator<<(int shift) const { std::cout << "Temporary created!" << std::endl; // 检测临时对象 return BitArray(data << shift); } ``` - 一般建议:避免在热点代码中使用链重载操作符,以减少潜在临时对象开销。 #### 总结 - **内置类型**:移位操作符通常不创建显临时变量,但编译器可能生成中间值(可优化掉)。 - **用户自定义类型**:重载操作符可能创建临时对象,取决于实现(返回新对象时)。这类似于引用[1]中描述的临时对象行为,在C++11后可通过移动语义优化。 - 最佳实践:优先使用内置类型进行位操作,除非必要;为自定义类实现移动语义以最小化开销。
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