函数返回值与RVO优化

最新推荐文章于 2025-05-17 23:02:21 发布

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RVO优化：

return value optimistic，指当一个函数返回一个值类型而非引用类型时，可以绕过拷贝/移动构造函数，直接在调用函数的地方构造返回值。要发生rvo需要有三个条件：

1，如果类型是自定义类型，那么此时的拷贝/移动构造函数是可访问的

2，返回类型必须与实际类型完全一致，即返回时不需要进行隐式类型转换，否则不能进行rvo，因为不知道用户定义的类会不会有特别的类型转换构造函数

3，返回类型必须为值类型，而非引用类型，当然，这也是为什么需要rvo的原因--避免拷贝带来的额外开销

下面的代码是一个rvo的演示

class Foo {
public:
    Foo() { cout << "default constructor  " << endl; }
    Foo(const Foo& f) { cout << "copy constructor  " << endl; }
    Foo(int i) { cout << "convert constructor   "  << endl; }
    Foo(Foo &&f) { cout << "move constructor  "  << endl; }
    ~Foo() { cout << "destructor " << endl; }
};

Foo fun(int i = 9) {
    Foo f1;
    return f1;
    //return std::move(f1);
}
int main(){
    Foo bob = fun();
    return 0;
}

输出结果是这样的：

default constructor  
destructor

在执行Foo bob = fun()时, 本意是主动呼叫拷贝构造函数，但是由于Foo定义了移动构造函数，使用普通的函数匹配规则来确定使用哪个构造函数，由于fun()的返回值是右值，所以使用移动构造函数，由于此时移动构造函数是可访问的，编译器可以绕过拷贝/移动构造函数，直接构造对象。所以不会先由fun()返回一个临时对象，再利用这个临时对象构造bob的过程，而是这个构造的临时量就是bob，不拷贝。

另外，函数的执行过程是，先执行函数体，在遇见return时，将return的值拷贝/移动到调用函数的地方，然后开始析构栈中的对象，但是rvo允许直接在调用函数的地方构造应该return的那个对象，所以这一次移动构造函数也被绕过了。

如果我们把这些优化都关掉，会得到这样的结果：

default constructor  
move constructor 
destructor 
move constructor 
destructor 
destructor

即先构造f1，然后遇见return，移动到临时对象，析构f1，将临时对象移动到bob，析构临时对象，临时bob

但是如果我们这么写fun()，编译器就不会进行RVO：

Foo fun(int i = 9) {
    Foo f1, f2;
    if (i < 0) {
        return f1;
    }
    return f2;
}

前面说到，RVO是在构造需要return的对象时，直接在上一级栈帧中构造它(即调用函数的地方)，而不是在它自己的栈帧中构造，这样就避免了将该对象拷贝至上级栈帧中的过程，可是修改后的fun，编译器无法在编译器推断出哪个对象会被返回，也就无从进行RVO，因此我们得到了这样的结果

default constructor  
default constructor  
move constructor 
destructor 
destructor 
destructor

先构造出两个对象f1，f2，移动f2到函数调用处，析构f1，f2，这里只有一个移动构造函数是因为编译器优化掉了bob的移动构造函数。

总结：

1，在构造对象时，如果有移动构造函数，使用普通函数匹配规则构造对象，否则正常构造。

2，正常构造函数时，使用'='就是主动呼叫移动构造函数即string s = "999"是让编译器先把"999"转换为string类型，再拷贝/移动，哪怕string类型有一个string(const char *)的构造函数，也要这么干

3，上面两个过程，在移动/拷贝构造函数都可以访问时，如果为移动构造函数，则直接拿着右值来使，不再调用移动构造函数，如果是拷贝构造函数，则直接拿着转换后的临时string来用，不拷贝，也就让string s = "999" 变成了string s("999") (很明显，隐式转换用的就是string(const char *）这个构造函数)

4, RVO优化只有同时满足：返回值是值类型，并且无需类型转换，编译器能够在编译器判断出哪个变量会被返回时，才会发生。发生RVO时，如果某个对象instance1会被返回，则不在该函数的栈帧中构造它，而是在调用函数的地方也就是上级栈帧中构造instance1。

5，函数在执行到return语句时，理论上先讲返回值拷贝/移动置调用的地方，然后开始析构函数栈中的自动对象