1 问题的开始

问题的开始是同事聊到了我们笔试题的一个问题，是说下面这个代码其实在编译的时候是有问题的。

struct UserInfo {
  UserInfo(const std::string& name) : name_(name) {}

 private:
  std::string name_;
};

int main() {
  UserInfo u = "name";
}

2 最初的讨论和思考

显然在最开始的时候，我并没有发现这个代码的问题所在，并且被告知了在这段代码里面其实是有两个问题的。

在这个简单的例子里面，就涉及到了在规范里面两个很不容易注意到的行为，就像标题里聊的 UDC(user-defined conversion) 和 copy-elision。

2.1 关于隐式转换（implicit conversion）

在 main 函数里面唯一的语句，这首先是一个变量的声明和定义，同时还包括了这个变量的初始化（initialize）。在这个变量的初始化阶段，发生了几次类型转换，其中大部分都是隐式的（implicit conversion），并且调用到了不同的构造函数：

const char[5] =[implicit conversion(1)]=> std::string
              =[implicit conversion(2)]=> UserInfo
              =[copy/move(3)]=> UserInfo

第一次发生在字符串字面量（string literal）构造 std::string 的时候，显然这是一个隐式转换，因为并没有显式的调用 std::string 的构造函数，并且这个隐式转换显然是 user-defined 的。

第二次发生在 std::string 构造一个 UserInfo 的时候，这也是一个隐式转换，并且是 user-defined 的。

这两次隐式转换构成了一个隐式转换链（implicit-conversion sequence），问题就出在这个由两个 user-defined conversion 构成的隐式转换链上。在标准的 16.3.3.1 里讨论了有关于 implicit conversion 和 user-defined conversion 的部分，而在 15.3 里特别提到了：

At most one user-defined conversion (constructor or conversion functions) is implicitly applied to a single value.

在一个隐式转换序列里，只能存在最多一个用户定义的转换。这个条件在标准的隐藏的很深，我在通读标准的时候几次都错过了他们。（但是据说这个问题，曾经在邮件列表里有过蛮激烈的讨论的，但是可惜我那个时候还是个孩子hhh）

所以在这个问题里，发生 ill-formed 的第一个原因是，在一个 implicit conversion sequence 里面，存在多个 user-defined conversion。

2.2 关于复制消除（copy elision）

关于复制消除的部分，这里就要提到不同的两个版本，C++17 开始和 C++17 之前。

在 C++17 之前，并没有明确的提出在什么情况下，可以彻底进行复制消除（这里的彻底的指的是包括不进行是否有可用的 copy/move 构造函数的检查）。

所以在 C++17 之前，下面的这段代码是会有编译错误的：

struct Foo {
  Foo(int) {}
  Foo(Foo&&) = delete;
  Foo(const Foo&) = delete;
};

int main() {
  Foo a = 1;
}

可以考虑上面给出的上面那个问题的隐式转换链，这个首先出现的是 source type 的 target type 的不一致，所以出现了一次 user-defined 的 implicit conversion。从类型 int 得到了类型 Foo 的一个 prvalue（这里的 prvalue 很重要）。然后才是从一个 prvalue 构造一个类型 Foo 的对象。

其实我们显然可以知道，第二个过程是会被优化掉的，一般的编译器都会优化成原地构造的。但是标准在这个时候要求了，在这种时候，即使这部分的内容会优化，但是依旧要进行编译时的检查，检查 copy/move 构造函数是否可用，如果不可用，那这个代码依旧是 ill-formed。

但是事情在 C++17 中发成了一个很大的改变 11.6.4.3.9，在一个是 prvalue 的时候，这里会用 direct-initalize，而不是尝试使用 copy/move initialize。也就是说，上面例子的代码在 C++17 之后其实是可以通过编译的。

但是这里要注意，适用的规则是一个 prvalue 的对象，xrvalue 是不可以的。也就是说，下面这样的代码依旧是不能通过编译的：

struct Foo {
  Foo(int = 10) {}

  Foo(Foo&&) = delete;
  Foo(const Foo&) = delete;
};
struct Bar {
  operator Foo&& {
    return std::move(a);
  }
  
  Foo a;
};

int main() {
  Bar b;
  Foo a = b;
}

这里虽然做了一次隐式类型转换（从 Bar 到 Foo），但是得到的类型是一个 xrvalue，而 xrvalue 是不适合上面的拷贝消除规则的，所以还会尝试使用 copy/move 构造，得到 ill-formed 的结果。

文中提到的所有标准文档，都采用最新的 C++ 标准文档（ISO/IEC 14882 2017），除非特别指定此时讨论的C++版本。