构造函数保存的this指针值异常？复制消除与平凡可拷贝类型问题

问题代码 #

#include <cassert>

struct S* ps;

struct S{
    S(){
        ps = this;
    }
    //~S(){} //(*)
};

S makeS(){
    return S{};
}

int main(){
    S s{makeS()};
    assert(&s == ps);
}

问题现象 #

按照C++的复制消除规则，断言理应成功，但在GCC 13.1和Clang 16.0中以-std=c++20编译时，断言会失败，提升优化等级也无法解决。如果取消(*)处的注释，添加用户自定义的析构函数，断言则不再失败。

原因分析 #

核心在于**平凡可复制类型（trivially copyable type）**的特性与编译器优化逻辑的交互：

1. 无自定义析构函数时的情况
   当S没有用户提供的析构函数时，它属于C++标准定义的平凡可复制类型。对于这类类型，标准允许编译器使用memcpy式的内存复制来替代语义上的复制/移动构造操作——即使复制消除（如返回值优化RVO）是允许的，但编译器并非必须执行复制消除。
   在这个例子中：

   • makeS()内构造的临时对象会调用构造函数，将ps指向临时对象的地址；
   • 初始化main中的s时，编译器直接把临时对象的内存复制到s的内存空间，不会触发移动/复制构造函数，自然也不会更新ps的指向；
   • 最终ps指向临时对象的地址，而s的地址不同，断言失败。

2. 添加自定义析构函数后的情况
   一旦添加了用户提供的析构函数，S就不再是平凡可复制类型。此时编译器无法再用内存复制替代对象的构造语义，必须严格遵循对象的创建逻辑：
   编译器会执行返回值优化（RVO），直接在main中s的内存空间上构造makeS()返回的对象。构造函数中ps = this会直接指向s的地址，断言自然成功。

关键标准依据 #

C++标准规定，平凡可复制类型的对象可以通过内存复制（如memcpy）来完成复制，其效果与调用复制构造函数完全等价。因此编译器选择内存复制而非复制消除，是符合标准的行为，并非编译器Bug。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Weijun Zhou