再谈 Copy Elision, RVO, NRVO
一直在各种文章中看到RVO 和 NRVO 以及 Copy Elision，但是一直是只知道大概意思，却没有一个真正的定义，最近又再次被这个问题困惑，仔细理解了cppreference上的相关内容（没有去读标准原文），下面做一些总结。
Copy Elision 拷贝消除
就是一种拷贝优化技术的总称，RVO 和 NRVO 都属于 Copy Elision
但是从C++11开始，返回语句中编译器在无法进行拷贝消除时，对左值的强制调用move constructor的行为不属于此概念范畴，这是在拷贝消除满足条件却未发生作用时，编译器的另一种优化行为
拷贝消除的几种常见情形
在这里为了清晰起见，我把拷贝消除的发生分为三种情形：
C++17之前：
1、使用临时对象初始化时：
在对对象进行初始化时，当表达式是一个同一类型（忽略CV限定符）的无名临时对象时，举例如下：
我们先建立一个类A便于测试
class A
{
public:
A()
{
cout << "constructor" << endl;
}
~A()
{
cout << "destructor" << endl;
}
A(const A& other)
{
cout << "copy constructor" << endl;
}
A& operator=(const A& other)
{
cout << "copy assignment" << endl;
return *this;
}
A(A&& other)
{
cout << "move constructor" << endl;
}
A& operator=(A&& other)
{
cout << "move assignment" << endl;
return *this;
}
};
执行如下语句：
A a = A();
此时只会调用A的Constructor一次，因为发生了拷贝消除。
如果在gcc中通过-fno-elide-constructors 选项关闭拷贝消除优化后，可以发现该语句分别调用Constructor --> Copy/Move Constructor --> Destructor
constructor move constructor destructor
2、在返回语句中返回临时对象时（RVO）：
严格来说，该种情况和第一种情况是相同的，因为相当于使用返回临时对象初始化本地临时对象，但是由于这种情况就是常说的RVO（Return Value Optimization，返回值优化），所以单独列出来，示例如下：
A F()
{
return A();
}
A a = F();
此时如果允许拷贝消除，则只会调用A的Constructor一次，因为拷贝消除之间是可以发生链式作用的。其过程应该为：
1、通过返回语句的返回临时对象初始化本地临时对象(触发本条款中的拷贝消除条件，其实也同时满足条款1中的条件，所以说条款2严格来说是属于条款1）
2、通过本地临时对象初始化对象a（触发条款1中的消除条件）
同样的，当我们使用-fno-elide-constructors 选项后，所有拷贝消除都不会发生，此时调用情况如下：
constructor //生成返回语句中的临时对象 move constructor //返回临时对象拷贝到本地临时对象 destructor move constructor //本地临时对象拷贝到对象a destructor
destructor
当然，上述两种优化并不是强制要求编译器必须实现的，但是目前我也不知道哪个编译器没有实现这些特性，可能早期版本的部分编译器更有可能
C++17之后：
由于C++17中，纯右值和临时对象的定义发生了本质上的改变，简单来说，此时可以把纯右值理解为一个符号，不会再轻易生成实体，所以编译器被强制要求执行上述两种行为，由于此时已经无关优化，因此这两种行为也不再属于拷贝消除的优化行为。
因此在C++17以上标准中，即使使用-fno-elide-constructors 选项，也不会再有任何效果
所有C++版本适用：
3、在返回语句中返回具有自动存储期的对象时（NRVO）：
具体来说：在返回语句中，表达式是一个拥有自动存储期的 non-volatile 对象，并且它不能是该函数的参数或 catch 语句的参数，如果其类型（忽略cv限定符）与函数返回值类型一致。
此种情况也被称作 NRVO（Named Return Value Optimization，命名返回值优化）
示例如下：
A NF()
{
A na;
return na;
}
A a = NF();
cout << __cplusplus << endl;
此时na是一个在栈上构造的具有自动存储期的对象，当使用其做为返回值时，触发NRVO优化，除此之外，同时发生了和2中情形相同的链式消除，因此只会调用一次Constructor
同样，如果使用-fno-elide-constructors 选项后，所有拷贝消除都不会发生，在C++11下调用情况如下：
constructor //生成na move constructor //使用na初始化本地临时对象 destructor move constructor //使用本地临时对象初始化a destructor
201103
destructor
在C++17下开启-fno-elide-constructors 选项后，结果如下
constructor //生成na move constructor //使用na初始化a destructor 201703
destructor
由此可见，NRVO是所有版本都适用的一种拷贝消除优化情形，当然NRVO也不是强制要求实现的，在msvc的debug模式中就默认没有使用NRVO
除此之外，NRVO的应用条件也受到限制，在有多个return语句返回不同对象的情形中，NRVO不会发生作用，示例如下：
A NF1()
{
A a;
A b;
return a;
return a;
}
A a1 = NF1();
A NF2()
{
A a;
A b;
return a;
return b;
}
A a2 = NF2();
cout << __cplusplus << endl;
在C++17默认开启NRVO情形下，结果如下：
constructor constructor destructor constructor constructor move constructor destructor destructor 201703 destructor destructor
很显然，在第二种情形下，NRVO没有发生作用，即使返回值是编译器可以确定的
拷贝消除的其他情形
除了上述几种常见情形，还有些情况可能涉及拷贝消除发生，包括在异常处理中以及c++20的协程语义下，具体可以参考cppreference相关文章：
https://en.cppreference.com/w/cpp/language/copy_elision
总结
拷贝消除情形：
1、使用临时对象初始化时
2、临时对象做为返回值时，又称作RVO
3、具有自动存储期对象做为返回值时，又称作NRVO
其中1，2不适用于C++17及以上版本，3适用于所有版本
