编译器如何确定具有编译器生成的临时函数的函数所需的堆栈大小？答案

【问题标题】：How does the compiler determine the needed stack size for a function with compiler generated temporaries?编译器如何确定具有编译器生成的临时函数的函数所需的堆栈大小？
【发布时间】：2017-02-23 20:19:28
【问题描述】：

考虑以下代码：

class cFoo {
    private:
        int m1;
        char m2;
    public:
        int doSomething1();
        int doSomething2();
        int doSomething3();
}

class cBar {
    private:
        cFoo mFoo;
    public:
        cFoo getFoo(){ return mFoo; }
}

void some_function_in_the_callstack_hierarchy(cBar aBar) {
    int test1 = aBar.getFoo().doSomething1();
    int test2 = aBar.getFoo().doSomething2();
    ...
}

在调用 getFoo() 的那一行，编译器会生成一个 cFoo 的临时对象，以便能够调用 doSomething1()。编译器是否重用用于这些临时对象的堆栈内存？ “some_function_in_the_callstack_hierarchy”的调用将保留多少堆栈内存？它是否为每个生成的临时保留内存？

我的猜测是编译器只为 cFoo 的一个对象保留内存，并将内存用于不同的调用，但如果我添加

    int test3 = aBar.getFoo().doSomething3();

我可以看到“some_function_in_the_callstack_hierarchy”所需的堆栈大小要大得多，这不仅仅是因为额外的局部 int 变量。

另一方面，如果我替换

cFoo getFoo(){ return mFoo; }

带有引用（仅用于测试目的，因为返回对私有成员的引用并不好）

const cFoo& getFoo(){ return mFoo; }

它需要的堆栈内存比一个 cFoo 的大小要少得多。

所以对我来说，编译器似乎为函数中每个生成的临时对象保留了额外的堆栈内存。但这将是非常低效的。有人可以解释一下吗？

【问题讨论】：

它几乎是由实现定义的。甚至不能保证首先会在堆栈上创建具有自动存储功能的对象。
以防万一您没有确保在编译时启用了 -O2 之类的东西。分析未优化的构建不是很有用。
用-O1编译

标签： c++ compiler-construction stack temporaries

【解决方案1】：

optimizing compiler 正在将您的源代码转换为某种内部表示，并对其进行规范化。

使用free software 编译器（如GCC 和Clang/LLVM），您可以查看该内部表示（至少通过修补编译器代码或在某些调试器中运行它）。

顺便说一句，有时，临时值甚至不需要任何堆栈空间，例如因为它们已经过优化，或者因为它们可以放在寄存器中。他们经常会在当前调用帧中重用一些不需要的插槽。此外（特别是在 C++ 中）很多（小）函数是 inlined - 就像你的 getFoo 可能是 - （所以它们本身没有任何调用框架）。最近的 GCC 甚至有时能够进行 tail-call 优化（本质上是重用调用者的调用框架）。

如果您使用 GCC（即g++）进行编译，我建议您使用optimization options 和developer options（以及其他一些）。也许使用also-Wstack-usage=48（或其他一些值，以每个调用帧的字节数为单位）和/或-fstack-usage

首先，如果你能读懂汇编代码，用g++ -S -fverbose-asm -O yourcode.cc 编译yourcode.cc 并查看发出的yourcode.s

^{（不要忘记使用优化标志，所以将-O 替换为-O2 或-O3 ....）}

然后，如果您对编译器的优化方式更加好奇，请尝试g++ -O -fdump-tree-all -c yourcode.cc，您会得到很多所谓的“转储文件”，其中包含部分内部文本渲染与 GCC 相关的陈述。

如果您更加好奇，请查看我的GCC MELT，尤其是它的documentation 页面（其中包含很多幻灯片和参考资料）。

所以对我来说，编译器似乎为函数中每个生成的临时对象保留了额外的堆栈内存。

当然不是，在一般情况下（当然假设您启用了一些优化）。并且即使保留了一些空间，它也会很快被重复使用。

^{顺便说一句：注意 C++11 标准没有提到堆栈。可以想象一些 C++ 程序在不使用任何堆栈的情况下编译（例如，整个程序优化检测一个没有递归的程序，其堆栈空间和布局可以优化以避免任何堆栈。我不知道任何这样的编译器，但我知道编译器可以很聪明....）}

【讨论】：

【解决方案2】：

随着优化策略变得更加积极，试图分析编译器将如何处理特定代码段变得越来越困难。

编译器所要做的就是实现 C++ 标准并在不引入或取消任何副作用的情况下编译代码（除了一些例外，例如返回和命名返回值优化）。

您可以从您的代码中看到，由于cFoo 不是多态类型并且没有成员数据，因此编译器可以完全优化对象的创建并直接调用本质上是static 的函数。我想即使在我写作的时候，一些编译器已经在这样做了。您可以随时检查输出程序集以确定。

编辑：OP 现在引入了班级成员。但是由于这些从未初始化并且是private，因此编译器可以删除它们而无需考虑太多。因此，这个答案仍然适用。

【讨论】：

我忘了给 cFoo 添加一些成员。我已经编辑了问题，因此 cFoo 的实例需要内存用于成员变量。
感谢您使我的回答无效 ;-)。它仍然适用，因为变量从未初始化。
只有在从未使用过它们时才会如此。但它们在 doSomething 函数中使用。请记住，此代码仅用于问题。我无法向您展示我的真实代码，因为它属于我的雇主

【解决方案3】：

临时对象的生命周期直到 完整的包含表达式结束，请参阅标准的“12.2 临时对象”段落。

即使使用最低的优化设置，编译器也不太可能在临时对象的生命周期结束后不重用空间。

【讨论】：