Идеальная передача и универсальные ссылки в C++

[Hertz]

У emplace в текущем стандарте неприятная особенность — нельзя делать emplace для aggregate types. Еще довольно сранный недосмотр — невозможность инициализировать ссылки через braced direct-initialization (e.g. int& ref{other_int}).

[mapron]

Вот блин. Хорошо что сказали, а то я уже раскатал губу… Подождем C++ 17 или какого там, когда он появится.

[lemelisk]

Еще довольно сранный недосмотр — невозможность инициализировать ссылки через braced direct-initialization (e.g. int& ref{other_int}).

Можно, это был баг какой-то версии gcc.

[Hertz]

Занятно, у меня на убунте 4.8.2, и не собирается. Регресс, что ли?
Я знаю про ещё один неприятный баг в gcc, связанный с C++11, причём судя по всему его так и не исправили в gcc 4.9 и выше, но я не могу зарепортить его, потому что их трекер закрыт для новых регистраций.

[lemelisk]

Если поменять int на что-нибудь посложнее, то компилироваться перестает. В clang и GCC 4.9 начинает работать, но вообще это видимо баг стандарта, потому что про list-initialization там написано следующее:

List-initialization of an object or reference of type T is defined as follows:

• If the initializer list has no elements and T is a class type with a default constructor...
• Otherwise, if T is an aggregate...
• Otherwise, if T is a specialization of std::initializer_list<E>...
• Otherwise, if T is a class type...
• Otherwise, if T is a reference type, a prvalue temporary of the type referenced by T is list-initialized, and the reference is bound to that temporary. [ Note: As usual, the binding will fail and the program is ill-formed if the reference type is an lvalue reference to a non-const type. —end note ]
• Otherwise, if the initializer list has a single element, the object or reference is initialized from that element;...
• ...

Тут явно какая-то ошибка, потому что до нижнего пункта в случае ссылок мы никогда не дойдем, а предпоследний пункт говорит нам выдавать compilation error на неконстантные lvalue ссылки, а все остальные инициализировать путем обязательного создания временной переменной и привязки её к ссылке, что тоже весьма странно.

В С++14 это дело подправили и теперь оно звучит так:

• ...
• Otherwise, if the initializer list has a single element of type E and either T is not a reference type or its referenced type is reference-related to E, the object or reference is initialized from that element; if
  a narrowing conversion (see below) is required to convert the element to T, the program is ill-formed.
• Otherwise, if T is a reference type, a prvalue temporary of the type referenced by T is copy-list-initialized or direct-list-initialized, depending on the kind of initialization for the reference, and the reference is bound to that temporary. [ Note: As usual, the binding will fail and the program is ill-formed if the reference type is an lvalue reference to a non-const type. —end note ]
• ...

[Hertz]

Да, точно, я исследовал этот момент и находил ошибку в списке про list-initialization.

[lemelisk]

К слову, насчет первой хотелки, в теории её нетрудно реализовать, надо просто на нижнем уровне, где конструируется объект, заменить в его инициализации круглые скобочки фигурными. Тогда, если наша структура выглядит как-то так:

struct A {
    int x;
    double y;
    const char* z;
};

то после вызова emplace_back(10, 20.0, "abcd"), она будет проинициализирована списком {10, 20.0, "abcd"}. Конечно, в таком подходе есть свои недостатки: для произвольных типов такая инициализация может скрывать конструкторы (скажем, vector<int>(10, 20) — это не то же самое, что vector<int>{10, 20}), для аггрегатов у нас отвалится инициализация копированием (нельзя будет вызвать emplace_back(A{}), например), кроме того мы все равно никак не сможем передать вложенные списки (типа { {1, 2, 3}, {}, {4, 5} }. В целом, если делать так только для аггрегатных типов и починить им инициализацию копированием, перегрузив для неё отдельно emplace_back, то первые две проблемы разрешимы.

Более того, в теории мы уже сейчас можем заставить стандартные контейнеры себя так вести (правда функцию проверки is_aggregate нам не завезли), стандарт говорит нам про них:

For the components affected by this subclause that declare an allocator_type, objects stored in these components shall be constructed using the allocator_traits<allocator_type>::construct function and destroyed using the allocator_traits<allocator_type>::destroy function (20.6.8.2). These functions are called only for the container’s element type, not for internal types used by the container. [ Note: This means, for example, that a node-based container might need to construct nodes containing aligned buffers and call construct to place the element into the buffer. —end note]

а allocator_traits<allocator_type>::construct в свою очередь вызывает метод construct переданного ей аллокатора, если этот метод определен. То есть нам всего лишь нужно создать свой аллокатор с методом construct, который будет делать инициализацию нужным нам способом. На практике все сложнее, путем небольшим плясок с бубном мне удалось завести это для вектора:

Код

#include <memory>
#include <vector>
#include <string>
#include <iostream>
#include <cmath>

template<typename T>
struct init_list_allocator : public std::allocator<T> {
    template<typename... Args>
    void construct(T* p, Args&&... args)
        { ::new((void *)p) T{std::forward<Args>(args)...}; }

    // Чиним инициализацию копированием
    void construct(T* p, T& copy_construct_arg)
        { std::allocator<T>::construct(p, copy_construct_arg); }

    void construct(T* p, const T& copy_construct_arg)
        { std::allocator<T>::construct(p, copy_construct_arg); }

    void construct(T* p, const T&& copy_construct_arg)
        { std::allocator<T>::construct(p, copy_construct_arg); }

    void construct(T *p, T&& move_construct_arg)
        { std::allocator<T>::construct(p, move_construct_arg); }

    // Без этого не работает, потому что вместо переданного типа аллокатора
    // реализация зачем-то использует Allocator::rebind<T>::other
    template<typename U>
    struct rebind {
        using other = init_list_allocator<U>;
    };

};

template<class T>
using improved_vector = std::vector<T, init_list_allocator<T>>;

struct A {
    int x;
    double y;
    const char* z;
};

int main()
{
    using namespace std;
    vector<string> strings;
    improved_vector<A> v;
    for (int i = 0; i < 21; ++i) {
        strings.emplace_back(to_string(i*i));
        v.emplace_back(i, sqrt(i), strings.back().c_str());
    };
    for (const auto& elem : v)
        cout << elem.x << ' ' << elem.y << ' ' << elem.z << '\n';
}

а вот для std::list уже ничего не выходит, потому что в глубинах его реализации объект инициализируется в конструкторе элемента списка (той штуки, которая помимо объекта содержит ещё указатели на соседей), и там в списке инициализации конструктора стоят круглые скобочки. Причем таким образом происходит и в gcc, и в clang. Почему они так поступают, когда стандарт вроде как говорит иное, я не знаю.

[lemelisk]

Там, кстати, баг в коде: в вариантах construct, которые принимают rvalue ссылку в качестве аргумента, надо её смувить или сфорвардить перед передачей дальше, в общем, из lvalue преобразовать в xvalue.

[xiWera]

The new «Effective Modern C++» by Scott Myers
ох! вот и подоспело, надо заказать…

[spice_harj]

А вот и спасибо за перевод. Многое не знал…
Вообще говоря, что бы разобраться «не про» с ново-старым стандартом надо, даже, не пара часов. Страшно представить, что будет с 14-м.

[kpdev]

Рад, что перевод оказался полезен. Да, С++ очень быстро развивается, тоже жду выхода нового стандарта, думаю будет много интересного.
Например — концепты и аксиомы, описанные в блоге Страуструпа. Хотя, их, скорее всего, увидим только в С++17

[spice_harj]

Я совершенно не успеваю следить за всеми новшествами, которые вводит комитет… надо и про аксиомы почитать!

[AlexPublic]

Как раз в 14-ом ничего особо принципиального нет, скорее доработка идей 11-го, в котором действительно множество важнейших инноваций. А вот в 17-ом снова ожидаются принципиальные изменения.

[lemelisk]

К слову, по стандарту у std::forward есть две версии, которые возвращают одно и то же:

template<typename _Tp>
constexpr _Tp&& forward(typename std::remove_reference<_Tp>::type& __t) noexcept
{
    return static_cast<_Tp&&>(__t);
}

template<typename _Tp>
constexpr _Tp&& forward(typename std::remove_reference<_Tp>::type&& __t) noexcept
{
    static_assert(!std::is_lvalue_reference<_Tp>::value, "template argument"
            " substituting _Tp is an lvalue reference type");
    return static_cast<_Tp&&>(__t);
}

Нетрудно увидеть, что при описанном в статье способе использования нам нужна только первая перегрузка. Поэтому интересно, а для чего нужен второй вариант, да ещё и с такой проверкой (которая также требуется по стандарту)? Видимо есть какие-то другие разумные способы использования std::forward, для которых она нужна?

На stackoverflow есть такой вопрос, там отвечают, что это уберегает от ошибок. Но при данном способе использования единственные 2 ошибки, которые можно допустить на мой взгляд — это забыть написать после forward тип в угловых скобочках, и тогда компилятор и при одной версии ругается, что не может его вывести, или забыть написать "&&" в списке аргументов функции-обертки (или написать один амперсанд вместо двух), но тогда компилятор нас за руку не ловит и никаких ошибок не выдает.

[Hertz]

Проверка добавлена, чтобы отсечь случай forward rvalue as lvalue, который не имеет никакго смысла и может привести к неопределенному поведению. Вывод типов для forward не может работать, потому что к моменту передачи аргумента в forward реальный тип объекта может быть утерян, так что вариант с forward без указания шаблонного параметра-типа не работал бы.

[lemelisk]

А в каком контексте forward rvalue имеет смысл? Потому что, если использовать только подобные конструкции:

template< class... Args >
void some_func( Args&&... args )
{
    T some_object(std::forward<Args>(args)...);
}

то в качестве аргумента в forward всегда будет подаваться lvalue и, соотвественно, выбираться первая перегрузка.

[Hertz]

Наверное только для искусственных случаев с кодом типа:
std::forward<some_object>(some_object{})

Но какой в этом смысле — не знаю :-)

[Hertz]

Комитет любит полноту, вполне возможно что вторую перегрузку добавили и из таких соображений.
К примеру, они могли бы просто проигнорировать случай с make_unique<T[]> (попытка аллокации runtime-sized массива), но вместо этого добавили соответствующую перегрузку и пометили как deleted.

[alphashooter]

скорее всего, чтобы не путали forward и move, поскольку они очень похожи.

[unixod]

Всем доброго дня!

Всем интересующимся, в дополнение, советую также прочесть интереснейшую статью Efficient argument passing in C++11, Part1 (Part2, Part3). В ней, вопрос эффективной передачи аргуменов в С++11, охватывается чуть более глобально, а также предлагается подход к реализации runtime perfect forwarding'а (напомню в С++11, perfect forwarding доступен только для шаблонов, т.е. этот механизм нам доступен только в compile time).

[Door]

Кто-нибудь видел перевод «perfect-forwarding» на русский как-то иначе, чем «идеальная передача»? Может, есть какие-то другие варианты перевода?

[kpdev]

Тоже считаю что «идеальная передача» не является идеальным переводом. Но на просторах рунета (и на хабре) нашел только этот вариант.

[gbg]

Предлагаю вместо буквального перевода — смысловой: «Непосредственная передача» или «Непосредственное размещение».

[kpdev]

Звучит разумно. Рассматривал этот вариант и еще «чистая передача». Посетила мысль, что можно было бы сделать опрос в конце статьи на вариант перевода, чтобы следующий переводчик знал, какой вариант более предпочтителен. Но эта статья уже ушла далеко от первых позиций новостной ленты, поэтому боюсь, что голосующих будет не так много, как хотелось бы, кворум может не набраться.

[mmatrosov]

Мне больше нравится «точная передача», но ссылки на авторитетный источник, использующий этот термин, я дать не могу.

[gbg]

Если речь идет о какой-то «точности», в чем тогда состоит «промах»? Параметры ведь в любом случае попадают по своим местам, просто в традиционном варианте — через посредство временной переменной.

[mmatrosov]

С «точностью» до всех квалификаторов (const, volatile, ref).

[Tsvetik]

Подскажите, пожалуйста.
Раз эта иделаьная передача способна конструировать объекты in_place, то почему же не компилируется такой код?

class driver_t {
   public:
    driver_t(int) noexcept { std::cout << "ctor" << std::endl; };
    driver_t(const driver_t&) = delete;
    driver_t(driver_t&&) =delete;
    driver_t& operator=(const driver_t&) = delete;
};

int main() {
    v.emplace_back(driver_t{1});
    return 0;
};

Я ожидаю вызова только конструктора. И никаких копирований или перемещений.