C++构造新对象赋值重置对象的效率与编译器优化问题

问题背景 #

C++开发中常会通过创建新对象赋值给待重置对象的方式实现对象重置，示例代码如下：

struct Foo
{
    Foo(void* parent) : parent(parent) {}
    void* parent;
    int a = 0, b = 0, c = 0, d = 0, e = 0;

    void reset()
    {
        *this = Foo(parent); // 保留原有parent指针
    }
};

针对该实现的两个技术疑问解答如下： #

1. 该写法相比逐成员赋值是否效率更低？ #

对于示例中Foo这类成员全为基础值类型、构造/拷贝赋值/析构函数均由编译器默认生成的类，开启O2及以上常规编译优化的前提下，两种写法的运行效率没有任何差异。

• 未开启优化时，*this = Foo(parent)确实会走完整流程：先在栈上构造临时Foo对象，传入当前对象存储的parent指针，将a~e全部初始化为0，再调用默认生成的拷贝赋值运算符把临时对象的内存内容整块拷贝到*this地址，最后销毁临时对象，看起来比手动逐行写a = 0; b = 0; c = 0;多了若干步骤。
• 但现代编译器的优化逻辑会做完整的静态分析：它可以直接推导得到临时对象的所有成员取值（parent和当前对象的parent值完全一致，a_{e全为0），也能确认默认拷贝赋值、临时对象析构不存在任何可观测副作用，因此会完全消除临时对象的构造、拷贝、销毁逻辑，最终生成的汇编指令和手动逐成员赋值完全一致——就是直接把当前对象内存中a}e对应的位置写入0，没有任何额外开销。
• 仅当类存在非平凡的特殊成员函数时（比如自定义构造/赋值/析构中包含日志打印、内存申请释放、锁操作等可观测副作用），编译器无法随意消除这些流程，这种写法才会产生可感知的额外开销。

2. 这里能否应用复制消除优化，直接将新对象构造在目标内存上？ #

你的判断完全准确，该场景无法应用常提到的复制消除（拷贝省略）规则。

• 首先要明确复制消除的适用边界：C标准中规定的复制消除（包括C17之后强制要求的临时对象拷贝省略、返回值优化），仅适用于目标对象正处于初始化阶段的场景。比如你提到的Foo f = Foo();，f是尚未完成构造的全新对象，按照字面语义本应先构造临时Foo对象，再通过拷贝/移动构造完成f的初始化，此时编译器可以直接把临时对象构造在f的存储位置上，省掉拷贝/移动构造步骤，这个行为在C++17后是标准强制要求的，不属于可选优化。
• 而reset()函数中的*this是已经构造完成、处于合法生存期的对象，这行代码调用的是拷贝赋值运算符，不是构造函数。复制消除规则只覆盖构造阶段的冗余操作，不涉及已存活对象的赋值流程：如果编译器直接把临时Foo构造在this指向的内存上，就相当于在未结束原有Foo对象生存期的情况下，直接在同一块内存上覆盖构造新对象，一旦类有非平凡析构函数，就会触发未定义行为，因此标准层面不允许在这里做这类复制消除。
• 补充说明：虽然不属于复制消除的范畴，但编译器依然可以基于as-if规则做优化——只要保证程序最终的可观测行为和标准要求完全一致，编译器可以任意调整执行流程，这也是前述平凡类型场景下两种写法性能完全一致的原因，只是这类优化不属于复制消除规则的覆盖范围。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Zebrafish