C 臨時物件（2）

與臨時物件的鬥爭（下）

原載：www.cnblos.com/liyiwen 在

上篇裡，我們看到了 (n)rvo 和右值引用，下面我們來看看表示式模板。

如果有「系統地」學習過 c++ 的模板程式設計，那麼你應該已經知道 expression template 這個「東西」。在模板聖經《c++ templates》的第 18 章專門用了一整章來講這個技巧，（是的，我認為它是一種技巧）。足以見得它比較複雜，也很重要。

說起 expression template 產生，「臨時物件」也是「功臣」之一啊。還是來用例子來說明（你能很容易找到這樣類似的例子，呵，我就是參照著別人寫的）：

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classmyvec

myvec(myvecconst&a_left)

~myvec()

myvec&operator=(myvecconst&a_left)

return*this;

}int&operator(size_ta_idx)

intoperator(size_ta_idx)const

myvecconst

operator+(myvecconst&a_left)const

myvec&operator+=(myvecconst&a_left)

return*this;

}private:

static

intconstsize=100;

int*p;

};intmain(intargc,char*argv)

class myvec myvec(myvec const& a_left) ~myvec() myvec& operator=(myvec const& a_left) return *this; } int& operator (size_t a_idx) int operator (size_t a_idx)const myvec const operator + (myvec const& a_left) const myvec& operator += (myvec const& a_left) return *this; } private: static int const size = 100; int* p; }; int main(int argc, char* argv)

看，我們寫下這麼小段**：

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? myvec d = a; d += b; d += c;

這是很常用的數**算吧，而且**很直觀。但這個表示式有乙個問題，就是產生了「不必要」的臨時物件。因為 a + b 的結果會成為乙個存在乙個臨時物件上 temp 上，然後這個 temp 再加上 c ，最後把結果傳給 d 進行初始化。如果這些向量很長，或是表示式再加幾節，可以想像這些 temp 會多讓人不爽。

而且，如果我們寫成這樣：

myvec d = a;

d += b;

d += c;

就可以避免產生多餘的臨時物件。但這樣寫，如果是不了解「**」的人看了myvec d ＝ a + b + c;之後再看這段，是不是會覺得寫這**的人欠k？

好吧，你會問，上面不是說右值引用可以解決這樣問題？是的，但在沒有右值引用的「黑暗日子」裡，我們就不用過活了？當然要，小學開始數學老師就教我們要一題多解吧，換個思路也有辦法，這個辦法就是et。

怎麼做的呢？a + b + c 會產生臨時變數是因為 c++ 是即時求值的，在看到 a + b，就先算出乙個 temp 的vector物件，然後再向下算。如果能進行延遲求值，看完整個表示式再來計算，那麼就可以避免這個temp的產生。

怎麼做？

原來的做法中，operator + 直接進行了計算，既然我們不想它「過早」的計算，那麼我們就在重新過載乙個operator + 運算子，在這個運算中不進行真正的運算，只是生成乙個物件，在這個物件中把加法運算子兩邊的運算元保留下來~然後讓它參與到下一步的計算中去。（好吧，這個物件也是臨時的，但它的代價非常非常小，我們先不理會它）。於是我們寫下面的**：

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class myvec; template class expplus int operator (size_t a_idx) const; }; // point 1 template expplusoperator + (l const& a_l, myvec const & a_r) class myvec myvec(myvec const& a_r) template myvec(exp const& a_r) } ~myvec() myvec& operator = (myvec const& a_r) return *this; } template myvec& operator = (exp const & a_r) return *this; } int& operator (size_t a_idx) int operator (size_t a_idx)const private: static int const size = 100; int* p; }; template int expplus::operator (size_t a_idx) const int main(int argc, char* argv)

比起之前的**來說，這段**有幾個重要的修改：首先，我們增加了乙個模板類 expplus，用它來代表加法計算的「表示式」，但在進行加法時，它本身並不進行真正的計算。對這個類，定義了下標運算子，這個運算子中才進行了真正的加法計算。然後，對於原來的 myvec，我們過載它的賦值運算子，讓它在賦值的時候通過expplus的下標運算子來獲得計算結果（也就是，在賦值操作時才真正的進行了計算！）。

上面這段話，對於不了解et的人來說，也許一時間還不容易明白，我們一步一步來：

在 d = a + b + c 這個式子中，首先遇到 a + b，這時，模板函式 operator + 會被呼叫（**中注釋了「point 1 」），這時只是生成乙個臨時的expplus物件（我們叫它 t1 吧），不做計算，只是保留計算的左右運算元（也就是a和b），接著，t1 + c ，再次呼叫同樣的 operator + ，而且也只是生成乙個物件（我們叫它 t2 吧），這個物件的型別是 expplus>，同樣，t2 在這裡只是保留了兩邊的運算元（也就是 t1 和 c）。直到整個表示式「做完」，沒有任何東西進行了計算，所做的事情實際上只是用 expplus 這個模板類把計算式的資訊記錄下來了（當然，這些資訊就是參與計算的運算元）。

最後，當進行 d ＝ t2 的時候，myvec 的賦值運算子被呼叫（用 t2 作引數）。注意，這個呼叫中的語句 p[i] ＝ t2[i]，其中 t2[i] 通過過載的下標運算子，展開成 t1[i] + c[i]，同理 t1[i] 又再次展開，成為 a[i]+b[i]，最終，p[i] = t2[i] 就變成了：p[i] = a[i] + b[i] + c[i]）（當然，裡面參雜了內聯的效果，這些函式都是非常容易被內聯的）。就像變「魔術」一樣，我們通過expplus完成了「延遲計算」，並避免了大型的 myvec 臨時物件的產生。

這基本上就是 et 的「原理」了吧。我們來「專門化」一下 et 的好處：

這樣，用 et 就能兼顧到「直觀」和「效率」了。

et 中 c++ 中的類庫里已經有非常多的應用了（包括 boost 中的多個子庫，以及 blitz++ 等高效能數學庫）

(n)rvo 是編譯器為我們做的優化手段，在能進行優化的情況下，nrvo 的表現是非常好的，因為它才真正的避免了臨時物件的產生（rvalue reference 和 expression template 中都可能還存在一些小型臨時物件），但 (n)rvo 有很多的限制條件。右值引用（rvalue reference ）和 move 語意彌補了 (n)rvo 的不足之處，使得臨時物件的開銷最小化成為可能，但這也是有侷限的，比如，嗯，如果乙個類本身不動態地擁有資源……，那 move 就沒有意義了。expression template 保持了表示式直觀和效率兩者，很強大，但很顯然它太複雜，主要是作為類庫的設計者的**。另外，它也可能使得使用者要理解一些「新」東西，比如，如果我想儲存表示式的中間值，那麼 ...> 一定會讓我很頭大（不過有了 c++0x 的 auto 就好多了，呵呵）。

C 臨時物件（2）

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C 臨時物件

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