c++ - 聚合引用成员和临时生命周期

Question

鉴于此代码示例，关于传递给 S 的临时字符串的生命周期的规则是什么。

struct S
{
    // [1] S(const std::string& str) : str_{str} {}
    // [2] S(S&& other) : str_{std::move(other).str} {}

    const std::string& str_;
};

S a{"foo"}; // direct-initialization

auto b = S{"bar"}; // copy-initialization with rvalue

std::string foobar{"foobar"};
auto c = S{foobar}; // copy-initialization with lvalue

const std::string& baz = "baz";
auto d = S{baz}; // copy-initialization with lvalue-ref to temporary

按照标准:

N4140 12.2 p5.1(在 N4296 中删除)

A temporary bound to a reference member in a constructor’s ctor-initializer (12.6.2) persists until the constructor exits.

N4296 12.6.2 p8

A temporary expression bound to a reference member in a mem-initializer is ill-formed.

因此，像 [1] 这样的用户定义构造函数绝对不是我们想要的。在最新的 C++14 中，它甚至应该是格式错误的(或者是吗？)gcc 和 clang 都没有警告过它。
它会随着直接聚合初始化而改变吗？我看起来在那种情况下，临时生命周期延长了。

现在关于复制初始化，Default move constructor and reference members声明 [2] 是隐式生成的。鉴于移动可能会被省略，同样的规则是否适用于隐式生成的移动构造函数？

a、b、c、d 中哪一个具有有效引用？

Answer 1

除非有特定的异常(exception)，否则绑定(bind)到引用的临时对象的生命周期会延长。也就是说，如果没有这个异常，那么生命周期就会被延长。

来自最近的草稿，N4567:

The second context [where the lifetime is extended] is when areference is bound to a temporary. The temporary to which thereference is bound or the temporary that is the complete object of asubobject to which the reference is bound persists for the lifetime ofthe reference except:

• (5.1) A temporary object bound to a reference parameter in a function call (5.2.2) persists until the completion of thefull-expression containing the call.
• (5.2) The lifetime of a temporary bound to the returned value in a function return statement (6.6.3) is not extended; the temporary isdestroyed at the end of the full-expression in the return statement.
• (5.3) A temporary bound to a reference in a new-initializer (5.3.4) persists until the completion of the full-expressioncontaining the new-initializer.

正如 OP 所述，C++11 的唯一重大变化是，在 C++11 中，引用类型的数据成员有一个额外的异常(exception)(来自 N3337):

• A temporary bound to a reference member in a constructor’s ctor-initializer (12.6.2) persists until the constructor exits.

这已在 CWG 1696(C++14 后)中删除，现在通过 mem-initializer 将临时对象绑定(bind)到引用数据成员的格式不正确。

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关于 OP 中的示例:

struct S
{
    const std::string& str_;
};

S a{"foo"}; // direct-initialization

这会创建一个临时的 std::string 并用它初始化 str_ 数据成员。 S a{"foo"} 使用聚合初始化，因此不涉及 mem-initializer。没有适用于生命周期延长的异常(exception)，因此该临时的生命周期被延长到引用数据成员 str_ 的生命周期。

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auto b = S{"bar"}; // copy-initialization with rvalue

在使用 C++17 强制复制省略之前:形式上，我们创建一个临时 std::string，通过将临时 std::string 绑定(bind)到 str_ 来初始化一个临时 S 引用成员。然后，我们将该临时 S 移动到 b 中。这将“复制”引用，这不会延长 std::string 临时文件的生命周期。但是，实现会省略从临时 S 到 b 的移动。但是，这一定不会影响临时 std::string 的生命周期。您可以在以下程序中观察到这一点:

#include <iostream>

#define PRINT_FUNC() { std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << "\n"; }

struct loud
{
    loud() PRINT_FUNC()
    loud(loud const&) PRINT_FUNC()
    loud(loud&&) PRINT_FUNC()
    ~loud() PRINT_FUNC()
};

struct aggr
{
    loud const& l;
    ~aggr() PRINT_FUNC()
};

int main() {
    auto x = aggr{loud{}};
    std::cout << "end of main\n";
    (void)x;
}

Live demo

请注意，loud 的析构函数在“main 结束”之前调用，而 x 一直存在到该跟踪之后。正式地，临时 loud 在创建它的完整表达式结束时被销毁。

如果 aggr 的移动构造函数是用户定义的，则行为不会改变。

在 C++17 中强制复制省略:我们将 rhs S{"bar"} 上的对象与 lhs 上的对象识别b。这会导致临时文件的生命周期延长到 b 的生命周期。见 CWG 1697 。

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对于其余两个示例，移动构造函数(如果调用)只是复制引用。当然，可以省略移动构造函数(S)，但这不是可观察的，因为它只复制引用。