浅谈C++11标准中的复制省略（copy elision，也叫RVO返回值优化）

最新推荐文章于 2025-10-09 19:06:28 发布

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#复制省略 #copy elision #RVO #NRVO

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C++11及后续标准提出复制省略编译优化技术，包括RVO、NRVO，其核心是省略拷贝构造环节提升效率。通过示例展示开启和禁用该优化的不同结果，禁用时会造成额外内存开销和效率折扣。但作者不建议使用该技术，建议返回轻量级原生数据类型。

严正声明：本文系作者davidhopper原创，未经许可，不得转载。

C++11以及之后的C++14、17标准均提出一项编译优化技术：复制省略（copy elision，也称复制消除），另外还有RVO（return value optimization，返回值优化）或NRVO（named return value optimization，具名返回值优化）的提法，其实都是一回事。维基百科的Copy elision词条以及cppreference中的Copy elision词条均对该技术做了描述，但写得过于学术化，让人似懂非懂。RVO V.S. std::move写得不错，可以学习借鉴。这项优化技术的中心思想是：一个函数若直接返回类对象，一般会生成临时类对象变量，需多次调用拷贝构造函数（copy constructor）造成效率低下，编译器对此优化，省略其中的拷贝构造环节，达到提升效率的目的。

一、示例

下面来看一个具体示例。首先定义一个BigObject类：

class BigObject {
public:
  BigObject() : person_names_(std::vector<std::string>(1000000)) {
    std::cout << "constructor. " << person_names_.size() << std::endl;
  }
  ~BigObject() {
    std::cout << "destructor. " << std::endl;
   }
  BigObject(const BigObject& other) {
    person_names_ = other.person_names_;
    std::cout << "copy constructor. " << person_names_.size() << std::endl;
   }

private:
  std::vector<std::string> person_names_;
};

其次，按照C++菜鸟的思路，定义一个直接返回BigObject类对象的函数：

// 不管C++标准如何规定，强烈反对写这种没有一点C++味道的垃圾代码！！！
BigObject Foo() {
 BigObject local_obj;
 return local_obj;
}

最后，在main函数中调用Foo函数：

int main() {
  BigObject obj = Foo();
  return 0;
}

将上述代码全部放置于一个叫test.cpp的文件，内容如下：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

class BigObject {
public:
  BigObject() : person_names_(std::vector<std::string>(1000000)) {
    std::cout << "constructor. " << person_names_.size() << std::endl;
  }
  ~BigObject() {
    std::cout << "destructor. " << std::endl;
   }
  BigObject(const BigObject& other) {
    person_names_ = other.person_names_;
    std::cout << "copy constructor. " << person_names_.size() << std::endl;
   }

private:
  std::vector<std::string> person_names_;
};
// 不管C++标准如何规定，强烈反对写这种没有一点C++味道的垃圾代码！！！
BigObject Foo() {
 BigObject local_obj;
 return local_obj;
}

int main() {
  BigObject obj = Foo();
  return 0;
}

GCC编译器默认打开“复制省略”优化选项，因此我们使用下述编译指令手动禁用该选项：

g++ -g -fno-elide-constructors -Wall -std=c++11 test.cpp -o test

执行生成的文件：

./test

结果如下：

constructor. 1000000
copy constructor. 1000000
destructor. 
copy constructor. 1000000
destructor.
destructor.

可见，未开启“复制省略”优化选项时，直接返回BigObject类对象，会造成额外调用两次拷贝构造函数。在我的Ubuntu 16.04系统上，采用gcc 5.4.0编译器，一个空std::string类对象占用32字节的空间，调用一次BigObject类的拷贝构造函数约消耗：(1000000 * 32) / (1024 * 1024) = 30.52 (MB)内存。若该函数在一个10000次的循环中调用，光是这种无谓的内存分配开销就将达到：10000 * 2 * 30.52 / 1024 = 596.1 (GB) 。不是说会一次占用这么多的内存，而是说内存空间会无谓地进行596.1GB的内存分配和释放操作，这是多大的空间浪费！又会造成多大的效率折扣！

如果使用GCC编译器默认提供的“复制省略”优化选项：

g++ -g -Wall -std=c++11 test.cpp -o test

执行生成的文件：

./test

结果如下：

constructor. 1000000
destructor.

彻底消除了拷贝构造函数的调用，执行效率大为提升！

二、结论

尽管C++11以上标准提出“复制省略（copy elision）”优化策略，并且GCC等主流编译器均支持该优化，但我强烈不建议使用该技术。这样写出来的代码还有C++的味道吗？如果C++可以直接返回类对象，那还要C++干什么？直接使用Python或者Matlab就行了。我们在使用C++语言时，必须牢记，返回值必须是int、bool、枚举或指针等轻量级原生(lightweight primitive)数据类型。如果确实需要返回大型数据，请使用引用或指针作为输出参数返回，而不是通过return语句返回。