为何将line构造函数参数改为const引用后，point拷贝构造仍被调用2次？

相关C++代码 #

class point
{
public:
    point(double x, double y) : x(x), y(y)
    {
        std::cout << "point parameterized constructor of: "
        << getThis() << std::endl;
    }

    point(const point& that) : x(that.x), y(that.y)
    {
        std::cout << "point copy constructor of: "
        << getThis() << std::endl;
    }

    ~point()
    {
        std::cout << "point destructor of: "
        << getThis() << std::endl;
    }
private:
    double x;
    double y;
    point* getThis() { return this; }
};

class line
{
public:
    line(const point& startPoint, const point& endPoint) :
    startPoint(startPoint),
    endPoint(endPoint)
    {
        std::cout << "line parameterized constructor: " << getThis() << std::endl;
    }
    ~line()
    {
        std::cout << "line destructor of: "
        << getThis() << std::endl;
    }
private:
    point startPoint;
    point endPoint;
    line* getThis() { return this; }
};

int main()
{
    point p1(3.0, 4.0);
    point p2(5.0, 6.0);

    line l1(p1, p2);

    return 0;
}

程序输出 #

point parameterized constructor of: 0x577fffc00
point parameterized constructor of: 0x577fffbe0
point copy constructor of: 0x577fffbb0
point copy constructor of: 0x577fffbc8
line parameterized constructor of: 0x577fffbb0
line destructor of: 0x577fffbb0
point destructor of: 0x577fffbc8
point destructor of: 0x577fffbb0
point destructor of: 0x577fffbe0
point destructor of: 0x577fffc00

背景情况 #

最初line的构造函数参数是值传递：

line(point startPoint, point endPoint) : startPoint(startPoint), endPoint(endPoint) {...}

此时Clang-Tidy给出警告：

Clang-Tidy: The parameter 'endPoint' is copied for each invocation but only used as a const reference; consider making it a const reference

值传递时程序输出里point的拷贝构造函数被调用4次，改成const引用参数后，拷贝构造调用次数减半为2次，但原本以为会完全消除拷贝构造调用，特此询问原因。

原因解析 #

核心问题出在line类的私有成员上：point startPoint和point endPoint是独立的成员对象，不是引用或指针。

当构造函数参数是const引用时，初始化列表里的startPoint(startPoint)本质是把引用指向的外部对象（main里的p1）拷贝到line自身的startPoint成员中，这必然会触发一次point的拷贝构造；同理endPoint(endPoint)是拷贝p2到line的endPoint成员，又触发一次拷贝构造——这就是输出里两次拷贝构造的来源。

而之前用值传递时，会发生两次额外的拷贝：调用line构造函数时，p1会先拷贝到函数参数startPoint，p2拷贝到参数endPoint；接着初始化成员时，又从这两个参数各拷贝一次到成员对象。总共2（参数拷贝）+2（成员初始化拷贝）=4次拷贝，这也是改成引用后次数减半的原因。

如何完全消除拷贝？ #

如果想彻底避免拷贝构造调用，有两种常见方案：

1. 将line的成员改为引用类型：

   class line
   {
   public:
       line(const point& startPoint, const point& endPoint) :
       startPoint(startPoint), endPoint(endPoint) {}
   private:
       const point& startPoint;
       const point& endPoint;
   };
   

   注意：必须保证被引用的对象（比如main里的p1、p2）生命周期长于line对象，否则会出现悬空引用问题。
2. 使用移动语义：如果point实现了移动构造函数，当传入临时对象时可以用移动代替拷贝；如果传入命名对象，可通过std::move转移所有权，但这会让原对象进入有效但未定义的状态，需根据业务场景判断是否适用。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者nyms1