복사 생략

복사 생략 (Copy elision)

같은 타입(단 cv 한정 무시)의 원본 객체로부터 클래스 객체의 생성이 생략될 수 있어요. 선택된 생성자나 소멸자가 부수 효과를 갖더라도요. 이 객체 생성의 생략을 복사 생략(copy elision)이라고 불러요.

출처: cppreference

본문

특정 기준을 충족하면, 선택된 생성자 및/또는 소멸자가 부수 효과를 갖더라도 같은 타입(단 cv 한정 무시)의 원본 객체로부터 클래스 객체의 생성을 생략할 수 있어요. 이 객체 생성의 생략을 복사 생략이라고 해요.

설명 (Explanation)

복사 생략은 다음 상황에서 허용돼요 (여러 사본을 제거하기 위해 결합될 수 있음):

• 클래스 반환 타입을 갖는 함수의 return 문에서, 피연산자가 자동 저장 기간을 갖는 비-volatile 객체 obj의 이름일 때(함수 매개변수나 처리기 매개변수 제외), 결과 객체의 복사-초기화를 생략하고 obj를 함수 호출의 결과 객체에 직접 생성할 수 있어요. 이 복사 생략 변형을 명명된 반환 값 최적화(NRVO, named return value optimization)라고 불러요.
• 같은 타입(단 cv 한정 무시)의 클래스 객체 대상이 참조에 바인딩되지 않은 임시 클래스 객체 obj로 초기화될 때, obj를 대상에 직접 생성함으로써 초기화를 생략할 수 있어요. 이 복사 생략 변형을 무명 반환 값 최적화(URVO, unnamed return value optimization)라고 불러요. C++17부터 URVO는 필수이며 더 이상 복사 생략의 한 형태로 간주되지 않아요. 아래를 참고하세요. | (until C++17)
• throw 표현식에서, 피연산자가 (존재한다면) 가장 안쪽의 둘러싸는 try 블록을 포함하지 않는 스코프에 속하는 자동 저장 기간을 갖는 비-volatile 객체 obj의 이름일 때, 예외 객체의 복사-초기화를 생략하고 obj를 예외 객체에 직접 생성할 수 있어요. 처리기에서, 처리기 인자를 위한 생성자와 소멸자의 실행 외에는 프로그램의 의미가 바뀌지 않는다면, 처리기 인자의 복사-초기화를 생략하고 처리기 매개변수를 예외 객체의 별칭으로 취급할 수 있어요. | (since C++11)
• 코루틴에서, 코루틴 매개변수의 사본을 생략할 수 있어요. 이 경우, 매개변수 사본 객체의 생성자와 소멸자의 실행 외에는 프로그램의 의미가 바뀌지 않는다면, 그 사본에 대한 참조를 해당 매개변수에 대한 참조로 대체해요. | (since C++20)

복사 생략이 발생하면, 구현은 생략된 초기화의 원본과 대상을 단순히 같은 객체를 가리키는 두 가지 다른 방식으로 취급해요.

Prvalue 의미론 ("보장된 복사 생략") — C++17부터 prvalue는 필요할 때까지 실체화(materialize)되지 않고, 필요해지면 최종 목적지의 저장 공간에 직접 생성돼요. 이는 때때로 언어 구문이 복사/이동을 시각적으로 암시하더라도(예: 복사 초기화) 실제로 복사/이동이 수행되지 않는다는 뜻이에요. 즉 타입에 접근 가능한 복사/이동 생성자가 전혀 필요하지 않을 수도 있죠. 예를 들어:

• 함수 반환 타입과 같은 클래스 타입(단 cv 한정 무시)의 prvalue가 피연산자인 return 문에서 반환 객체를 초기화할 때: T f() { return U(); }은 U 타입 임시를 생성한 다음 그 임시로부터 반환된 T를 초기화해요. T g() { return T(); }은 반환된 T를 직접 생성하고 이동이 없어요. 반환된 타입의 소멸자는 T 객체가 파괴되지 않는데도 return 문 지점에서 접근 가능하고 비-deleted여야 해요.
• 초기화 표현식이 변수 타입과 같은 클래스 타입(단 cv 한정 무시)의 prvalue일 때 객체 초기화에서: T x = T(T(f()));은 x가 f()의 결과로 직접 초기화되고 이동이 없어요. 이는 초기화되는 객체가 잠재적으로 겹치는 부분 객체가 아님이 알려진 경우에만 적용돼요: 기반 클래스 부분 객체를 초기화할 때나 다른 클래스의 기반 클래스 부분 객체가 될 수 있는 객체를 초기화할 때는 생략이 없어요.

참고: 이 규칙은 최적화를 지정하지 않고, 표준은 이를 공식적으로 "복사 생략"이라고 설명하지 않아요(생략되는 대상이 없기 때문). 대신 C++17의 prvalue와 임시에 대한 코어 언어 명세는 이전 C++ 개정판과 근본적으로 달라요: 더 이상 복사/이동할 임시가 없죠. C++17의 메커니즘을 다른 방식으로 설명하자면 "실체화되지 않은 값 전달(unmaterialized value passing)" 또는 "지연된 임시 실체화(deferred temporary materialization)"라고 할 수 있어요.

참고 (Notes)

복사 생략은 부수 효과를 바꿀 수 있는 유일하게 허용된 최적화 형태(until C++14) 할당 생략·확장과 함께 허용된 두 최적화 형태 중 하나(since C++14)예요. 일부 컴파일러는 허용된 모든 상황에서 복사 생략을 수행하지 않기 때문에(예: 디버그 모드), 복사/이동 생성자와 소멸자의 부수 효과에 의존하는 프로그램은 이식 가능하지 않아요.

예제 (Example)

#include <iostream>

struct Noisy
{
    Noisy() { std::cout << "constructed at " << this << '\n'; }
    Noisy(const Noisy&) { std::cout << "copy-constructed\n"; }
    Noisy(Noisy&&) { std::cout << "move-constructed\n"; }
    ~Noisy() { std::cout << "destructed at " << this << '\n'; }
};

Noisy f()
{
    Noisy v = Noisy(); // (until C++17) copy elision initializing v from a temporary;
                       //               the move constructor may be called
                       // (since C++17) "guaranteed copy elision"
    return v; // copy elision ("NRVO") from v to the result object;
              // the move constructor may be called
}

void g(Noisy arg)
{
    std::cout << "&arg = " << &arg << '\n';
}

int main()
{
    Noisy v = f(); // (until C++17) copy elision initializing v from the result of f()
                   // (since C++17) "guaranteed copy elision"
    
    std::cout << "&v = " << &v << '\n';
    
    g(f()); // (until C++17) copy elision initializing arg from the result of f()
            // (since C++17) "guaranteed copy elision"
}

가능한 출력 (Possible output):

constructed at 0x7fffd635fd4e
&v = 0x7fffd635fd4e
constructed at 0x7fffd635fd4f
&arg = 0x7fffd635fd4f
destructed at 0x7fffd635fd4f
destructed at 0x7fffd635fd4e

Noisy는 생성·복사·이동·소멸마다 메시지를 찍어요. 그런데 출력을 보면 v는 한 번만 생성되고, 복사나 이동 생성 메시지가 전혀 없죠. C++17 이후에는 이게 최적화가 아니라 보장된 동작이에요—prvalue가 곧바로 최종 목적지에 만들어지니까요.

더 알아보기 (Learn more)

• 복사 초기화 — 개체를 다른 객체로부터 초기화하는 방식.
• 복사 생성자 — 같은 타입 객체로부터 초기화하는 생성자.
• 이동 생성자 — 임시 객체로부터 자원을 옮겨 초기화하는 생성자.