返回值优化RVO

最新推荐文章于 2025-05-17 23:02:21 发布

原创最新推荐文章于 2025-05-17 23:02:21 发布 · 1k 阅读

1 ·

CC 4.0 BY-SA版权

C++ 专栏收录该内容

27 篇文章

订阅专栏

RVO优化是什么？

返回值优化（Return Value Optimization，简称RVO）是一种编译器优化机制，主要是为了减少临时对象的产生。
什么是临时对象？

C++中的临时对象是不可以见的，与我们平常说的局部对象是不同的：

template<class T>
void swap(T& object1, T& object2) {
    T temp = object1;
    object1 = object2;
    object2 = temp;
}

上面的temp并不是临时对象，而是一个局部变量。

什么时候会产生临时对象？

1）为了函数调用能够成功而实施的隐式类型转换（implicit type conversions）
2）当函数返回对象的时候
首先考虑第一种情况，为了让函数调用成功而产生临时对象，这种情况发生在传递某对象给函数的参数，而其类型与它即将绑定上去的参数类型不同，此时就会产生临时对象。只有当对象以by-value方式传递或者当对象被传递给一个reference-to-const参数时，这些转换才会发生，如果对象被传递给一个reference-to-non-const参数，并不会发生转换，
第二种是会产生临时对象的情况则是当函数返回一个对象时。
临时对象可能很耗成本，所以尽量消灭临时对象的产生，任何时候reference-to-const参数都极有可能产生一个临时对象，绑定至该参数上。任何时候只要函数返回一个对象，就会产生临时对象，并于稍后销毁。

下面简单了解一下C++中的函数是如何返回一个对象的。（以下的内存布局以Linux为例，Windows中程序的内存布局和Linux下略有不同，本文不再详述）
例如下面的程序：

class Widget{};
Widget f(Widget u){
   Widget w;
   return w;
}

在使用这个函数的时候
如果是如下图左侧调用函数f的，实际上在内存中的栈中是如下变化的：
函数调用内存图
如果我们在Widget的拷贝构造函数和赋值构造函数中加入一个输出的flag：

class Widget {
public:
    Widget() {
        cout << "construction" << endl;
    }
    Widget(const Widget&w) {
        cout << "copy" << endl;
    }
    Widget& operator=(const Widget& w){
        if (this != &w) {
        }
        cout << "copy assignment" << endl;
        return *this;
    }
};
Widget f(Widget u) {
    Widget w;
    return w;
}
int main()
{
    {
        Widget x;
        Widget y;
        y = f(x);
    }
    system("pause");
    return 0;
}

那么可以轻松的在输出中看到，
结果图1
第三个construction是函数f内在构建Widget对象的时候，然后就是到了return的节奏，这时候为了
我们可以把上面构造的顺序列出来:

x构造 -> y构造 -> u通过x拷贝构造 -> w构造 -> 临时对象 通过w拷贝构造 -> u析构 -> w析构 -> y通过赋值运算符获取临时对象的值 -> 临时对象析构 -> y析构 -> x析构

如果是按照下面调用：
这里写图片描述
如果是上面这种调用，那么可以的到如下：

如果是下面这种调用：

得到输出结果：

上面的内存布局中并未考虑参数传递，因为更加具体的内存布局会在程序的内存布局中讲到。

返回值优化RVO

从上面的内存过程中，我们显然看到了很多不必要的拷贝，那么下面就应该想办法优化这个事情。当函数以by-value方式返回对象，总是会产生这样的临时对象。那么如何减少临时对象的产生，就能够很有效的减少copy构造函数的调用，从而减少copy函数带来的开销（假设我们的类数据成员比较多，构建比较复杂，那么copy构造函数带来的开销就会很大）。
编译器开启RVO以后会将return表达式所定义的对象构建在接受返回值的变量内：