C++编译器的返回值优化

文章讨论了C++编译器如何通过返回值优化(RVO)机制,避免对临时对象进行不必要的拷贝或移动操作,即使有移动构造函数,编译器也会直接构造临时对象到目标对象的内存中。

C++编译器的返回值优化

在对右值概念的学习验证中发现函数构造的实例返回后不会被销毁(尽管已经跳出作用域),而是直接被使用

上代码

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cassert>
#include <vector>
#include <set>
#include <map>
#include <algorithm>
#include <random>
#include <utility>
#include <string>

using namespace std;

class MoveOrCopy {
private:
    int a;
public:
    MoveOrCopy() : a(0) {
        printf("default consult: %p\n", this);
    }

    MoveOrCopy(const MoveOrCopy &m) : a(m.a) {
        printf("copy consult is called: %p\n", this);
    }

    MoveOrCopy(MoveOrCopy &&m) noexcept: a(m.a) {
        printf("move consult is called: %p\n", this);
    }

    virtual ~MoveOrCopy() {
        printf("MoveOrCopy %p:%d is deleted\n", this, this->a);
    }

    MoveOrCopy &operator=(const MoveOrCopy &m) {
        this->a = m.a;
        printf("copy valued is called\n");
    }
};

MoveOrCopy create() {
    return MoveOrCopy();
}

MoveOrCopy createWithLocal() {
    MoveOrCopy t = MoveOrCopy();
    return t;
}

MoveOrCopy createCondition(bool b = false) {
    return b ? MoveOrCopy() : MoveOrCopy();
}

int main() {
    printf("d:\n");
    MoveOrCopy d = create();
    printf("e:\n");
    MoveOrCopy e = createWithLocal();
    printf("f:\n");
    MoveOrCopy f = createCondition();
    return 0;
}

运行结果

d:
default consult: 000000D4B12FFB48
e:
default consult: 000000D4B12FFAD8
move consult is called: 000000D4B12FFB38
MoveOrCopy 000000D4B12FFAD8:0 is deleted
f:
default consult: 000000D4B12FFAC8
move consult is called: 000000D4B12FFB28
MoveOrCopy 000000D4B12FFAC8:0 is deleted
MoveOrCopy 000000D4B12FFB28:0 is deleted
MoveOrCopy 000000D4B12FFB38:0 is deleted
MoveOrCopy 000000D4B12FFB48:0 is deleted

解释

编译器对返回值进行了优化,将临时对象直接构造在 c 对象的空间中,避免了不必要的拷贝或移动操作。

这种优化被称为返回值优化(Return Value Optimization,RVO),它是 C++ 编译器的一种常见优化手段,用于避免不必要的对象拷贝或移动。在这种情况下,即使定义了移动构造函数,编译器也不会调用移动构造函数,而是直接将临时对象构造在 c 对象的空间中。

参考连接

1: 返回值优化

### 原理 在C++中,当函数返回一个对象时,通常会涉及对象的拷贝操作。返回值优化(RVO,Return Value Optimization)和具名返回值优化(NRVO,Named Return Value Optimization)是编译器的一种优化技术,其核心原理是避免不必要的对象拷贝,从而提高程序的性能。编译器会直接在函数调用的返回位置构造对象,而不是先在函数内部构造对象,再将其拷贝到返回位置。这样可以减少临时对象的创建和销毁,提高效率[^1]。 ### 实现方式 - **返回值优化(RVO)**:当函数返回一个临时对象时,编译器可以直接在调用者的栈帧上构造这个对象,避免了临时对象的拷贝。例如: ```cpp #include <iostream> #include <string> class MyClass { public: MyClass() { std::cout << "Constructor" << std::endl; } MyClass(const MyClass& other) { std::cout << "Copy Constructor" << std::endl; } ~MyClass() { std::cout << "Destructor" << std::endl; } }; MyClass createObject() { return MyClass(); // 可能触发返回值优化 } int main() { MyClass obj = createObject(); return 0; } ``` 在这个例子中,如果编译器进行了返回值优化,那么只会调用一次构造函数,不会调用拷贝构造函数。 - **具名返回值优化(NRVO)**:当函数返回一个具名的局部对象时,编译器也可以进行优化,直接在调用者的栈帧上构造这个对象。例如: ```cpp #include <iostream> #include <string> class MyClass { public: MyClass() { std::cout << "Constructor" << std::endl; } MyClass(const MyClass& other) { std::cout << "Copy Constructor" << std::endl; } ~MyClass() { std::cout << "Destructor" << std::endl; } }; MyClass createNamedObject() { MyClass namedObj; return namedObj; // 可能触发具名返回值优化 } int main() { MyClass obj = createNamedObject(); return 0; } ``` 同样,如果编译器进行了具名返回值优化,也只会调用一次构造函数,不会调用拷贝构造函数。 ### 应用场景 - **函数返回大型对象**:当函数返回一个占用大量内存的对象时,如大型数组、复杂的数据结构等,使用返回值优化可以显著减少拷贝开销,提高程序性能。例如,一个函数返回一个包含大量元素的`std::vector`对象。 - **频繁调用的函数**:在一些频繁调用的函数中,如果每次调用都涉及对象的拷贝,会对性能产生较大影响。使用返回值优化可以避免这些不必要的拷贝,提高程序的整体性能。
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