编译器返回值优化（Return Value Optimization，RVO）

最新推荐文章于 2024-11-20 19:13:25 发布

争当嫡系的程序员

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文章标签： linux c++

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/SWX230162/article/details/133892799

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本文详细介绍了编译器返回值优化(RVO和NRVO)的概念，提供实例说明，并讨论了其失效的几种情况，包括条件分支、全局变量、函数参数等。建议开发者了解这些规则以优化C++程序性能。

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编译器返回值优化

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编译器返回值优化

返回值优化

返回值优化 (Return Value Optimization, RVO) 是编译器一种抑制拷贝 (Copy Elision) 的优化机制，避免代码发生不必要的拷贝。特别对于返回一些局部创建的大对象来说，有助于提高性能。虽然这是编译器的行为，但是并非所有情况下，编译器都会对返回值进行优化。因此，开发者需要搞清楚何种情况，才会触发此机制。

返回值优化包括两种形式：RVO 和 NRVO (Named RVO)。

RVO：它作用于右值对象，即临时对象。例如在函数中直接创建并返回的对象。RVO 在C++11之前就有了。从c++17以及之后，RVO是编译器的标准原则。

NRVO：它作用于有名字的局部变量。例如在函数中创建的对象然后返回。NRVO是C++11标准引入的。

这两种优化技术都可以在不改变程序语义的前提下提高程序的性能，通过减少数据拷贝和临时变量的创建，可以有效地优化函数的返回值处理。

举例说明

看如下代码：

class Test {
public:
  Test() { std::cout << "Test()" << std::endl; }
  ~Test() { std::cout << "~Test() " << std::endl; }
  Test(const Test &t) { std::cout << "Test(const Test &t)" << std::endl; }
  Test &operator=(const Test &t) {
    std::cout << "Test &operator=(const Test &t)" << std::endl;
    return *this;
  }
};

Test GetTest() {
  Test t;
  return t;
}

int main() {
  Test t = GetTest();
  return 0;
}

上面的代码先不说编译器优化，单纯从代码角度分析，main从开始运行到退出main，整个过程中Test的类成员函数调用顺序应该是：

调用Test构造函数，生成对象；
调用Test拷贝构造函数，生成临时对象；
析构第1步生成的对象；
调用Test拷贝构造函数，将第2步生成的临时变量拷贝到main()函数中的局部对象t中；
调用Test析构函数，将第2步生成的临时对象释放；
调用Test析构函数，释放main()函数中的t局部对象。

好了，现在来看下运行结果：

Test()
~Test()

看这个运行结果，傻眼了吧，和上面预测的完全不一致，这里就是返回值优化起作用了。

我们可以通过编译参数-fno-elide-constructors禁用返回值优化，看下效果：

g++ -std=c++11 -fno-elide-constructors -g ./src/test6.cc -o test6

Test()
Test(const Test &t)
~Test() 
Test(const Test &t)
~Test() 
~Test()

这次禁用返回值优化后，运行结果和上面我们预测的完全一致了。

返回值优化失效场景

编译器并非万能，在某些场景下，返回值优化也会失效。

不同条件分支，返回不同变量

Test GetTest(bool flag) {
  Test t1;
  Test t2;
  if (flag) {
    return t1;
  }
  return t2;
}

int main() {
  Test t = GetTest(true);
  return 0;
}

返回全局变量

Test g_t;
Test GetTest() { return g_t; }

int main() {
  Test t = GetTest();
  return 0;
}

直接返回函数参数

Test GetTest(Test t) {
  return t;
}

int main() {
  Test t;
  Test t1 = GetTest(t);
  return 0;
}

返回成员变量

class Test1 {
public:
  Test t;
};

Test GetTest() {
  Test1 t1;
  return t1.t;
}

int main() {
  Test t = GetTest();
  return 0;
}

赋值operator=

Test GetTest() { return Test(); }

int main() {
  Test t;
  t = GetTest();
  return 0;
}

使用std::move返回

Test GetTest() {
  Test t;
  return std::move(t);
}

int main() {
  Test t = GetTest();
  return 0;
}

运行结果：

Test()
Test(Test &&t)
~Test() 
~Test()

场景比较多，也很难记全，所以大道至简，最合适的还是以下面的方式来写：

bool GetTest(Test* output)

以入参的方式来操作。