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return文におけるstd::moveについて

onihusube
December 20, 2024

 return文におけるstd::moveについて

return文でstd::moveをいつ使うべきかとその理由を完全理解してください💪

onihusube

December 20, 2024
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  1. return文とstd::move • とても典型的には次のようなコードにおいて、return文での std::move()の使用をコンパイラに怒られる auto f() -> std::vector<int> { std::vector

    vec = {1, 2, 3, 4}; ... return std::move(vec); // 警告 } g++13.2: warning: moving a local object in a return statement prevents copy elision [-Wpessimizing-move] clang 17.0.1: warning: moving a local object in a return statement prevents copy elision [- Wpessimizing-move] 5
  2. 何が分からないのか? • なぜ怒られているのか分からない • RVOと暗黙ムーブ周りの仕様は複雑すぎる • ムーブされているかはコードから見えないので起きていること が分からない • 本当にムーブされているのか?

    • むしろ逆の指摘を受けたことがある場合、いつstd::move()が必 要なのか何も分からない ➢「なぜダメなのか?」と「いつ要るのか?」を理解する! 8
  3. なぜ怒られている? • 警告メッセージにある通り、コピー省略最適化を阻害するから • ここでのコピー省略最適化とは、いわゆるNRVOのこと 9 g++13.2: warning: moving a

    local object in a return statement prevents copy elision [-Wpessimizing-move] clang 17.0.1: warning: moving a local object in a return statement prevents copy elision [- Wpessimizing-move]
  4. Named Return Value Optimization(NRVO) • 戻り値を引数の参照から返すようにするような最適化 // この関数にNRVOが適用されると auto f()

    -> std::vector<int> { std::vector vec = {1, 2, 3, 4}; ... return vec; } // あたかもこう書き替えられたかのように動作する void f(std::vector& ret) { ret = std::vector{1, 2, 3, 4}; ... } 10
  5. ほとんどの場合std::move()は必要ない • std::move()をしなくても、暗黙ムーブされるため • 暗黙ムーブの対象は • C++17まで: ローカルの非volatile変数 • C++20以降:

    +ローカルの非volatile右辺値参照 • return文のオペランドは変数名 • あるいは、()で囲まれていても良い ➢return文における関数呼び出しは暗黙ムーブも阻害する • 上記を満たしたうえで • C++20までは、return文でコピーが起こる場合、代わりにまずムーブ を試みる • C++23からは、オペランドがxvalueとして扱われる 14
  6. 暗黙ムーブのバージョンごとの対象範囲 • C++11 • 戻り値型と同じ非参照ローカル変数の暗黙ムーブ • オペランド型の右辺値を受ける変換コンストラクタへの暗黙ムーブ • C++20 •

    ローカル右辺値参照の暗黙ムーブ • 変換演算子による戻り値型への変換時の暗黙ムーブ • 戻り値型コンストラクタへの暗黙ムーブ • 派生クラスから基底クラスへの変換が起こる場合の暗黙ムーブ • C++23 • 戻り値型が参照型の場合の暗黙ムーブ 15
  7. 暗黙ムーブの一例 auto ex_11(std::vector<int> vec) -> std::vector<int> { return vec; //

    暗黙ムーブ、C++11から } auto ex_20(std::vector<int>&& vec) -> std::vector<int> { return vec; // 暗黙ムーブ、C++20から } auto ex_23(std::vector<int>&& vec) -> std::vector<int>&& { return vec; // 暗黙ムーブ、C++23から } 16
  8. それでもstd::move()が必要な場合 • C++20の場合、C++23で許可された範囲のもの • 戻り値型が右辺値参照型であり、ローカルの右辺値参照をreturnする 場合 • C++23以降はこれも暗黙ムーブ対象なのでstd::move()は不要 • とはいえこの場合はあっても警告はされないはず

    • std::move()そのもののような場合を除いて普通はこんなコード書かないでしょ auto f(std::vector<int>&& vec) -> std::vector<int>&& { // 戻り値型が右辺値参照型の場合のローカル右辺値参照の暗黙ムーブ return vec; // C++20まで // C++20まではstd::move()必須 return std::move(vec); // } 17
  9. それでもstd::move()が必要な場合 • C++17までなら、C++20以降で許可された範囲のもの • 次の場合、C++17では暗黙ムーブ対象ではない • ローカル右辺値参照の暗黙ムーブ • 変換演算子による戻り値型への変換時の暗黙ムーブ •

    戻り値型コンストラクタへの暗黙ムーブ • 派生クラスから基底クラスへの変換が起こる場合の暗黙ムーブ • returnしようとする値と戻り値型が異なる場合、とほぼまとめられる 18
  10. C++17で暗黙ムーブされない例 auto f1(std::vector<int>&& vec) -> std::vector<int> { return vec; //

    右辺値参照の暗黙ムーブ、C++20から } struct To { operator std::vector<int>() &&; }; auto f2(To t) -> std::vector<int> { return t; // 暗黙ムーブによる変換演算子適用、C++20から } struct V { V(std::vector<int>); }; auto f3(std::vector<int> vec) -> V { return vec; // コンストラクタ引数への暗黙ムーブ、C++20から } auto f4(Derived d) -> Base { return d; // 基底クラスへの変換時の暗黙ムーブ、C++20から } 19
  11. それでもstd::move()が必要な場合 • 言語バージョンとは関係なく必要な場合がある • 戻り値型のコンストラクタを明示的に呼び出す場合 • 特に、2引数以上を渡そうとする場合 • return文のオペランドが変数名ではなくなるため •

    同様に、return文で関数呼び出ししているとその引数は暗黙ムーブ されない • が、これはあまり驚きはなさそう auto f1(std::vector<int> vec) -> std::pair<int, std::vector<int>> { return {20, vec}; // コピーされる return {20, std::move(vec)}; // ムーブされる } 20
  12. それでもstd::move()が必要な場合 • return文で関数呼び出ししている場合で、関数呼び出し感がな いもの ➢演算子を適用している場合 • これは特に、ポインタでも必要 auto f(std::optional<std::vector<int>> opt)

    -> std::vector<int> { if (!opt) { return {}; } return *opt; // コピーされる return std::move(*opt); // ムーブされる return *std::move(opt); // ムーブされる } 21
  13. まとめ 1. return文のオペランドで関数呼び出しをしていると、NRVO (コピー省略も)が行われなくなる • std::move()も例外ではない 2. return文においてstd::move()をしなくても、ほとんどの場合 暗黙ムーブによってムーブされている •

    バージョン毎の差分がややこしい… ➢retrun文においてstd::move()は通常使用する必要は無い ➢C++20以降は特に ➢別の関数呼び出しを伴っている場合は、必要がある場合もある ➢コンストラクタ呼び出しや、*演算子など 22