C++ 编译器是否将按 const 引用 POD 参数传递优化为按副本传递？答案

【问题标题】：Do C++ compilers optimize pass by const reference POD parameters into pass by copy?C++ 编译器是否将按 const 引用 POD 参数传递优化为按副本传递？
【发布时间】：2011-01-03 21:04:35
【问题描述】：

考虑以下几点：

struct Point {double x; double y;};

double complexComputation(const& Point p1, const Point& p2)
{
    // p1 and p2 used frequently in computations
}

编译器是否将传递引用优化为传递复制以防止频繁取消引用？换句话说，将complexComputation 转换为：

double complexComputation(const& Point p1, const Point& p2)
{
    double x1 = p1.x; double x2 = p2.x;
    double y1 = p1.y; double y2 = p2.y;
    // x1, x2, y1, y2 stored in registers and used frequently in computations
}

既然Point是一个POD，那么背着调用者做一个副本应该不会有什么副作用吧？

如果是这种情况，那么我总是可以通过 const 引用传递 POD 对象，无论多小，而不必担心最佳传递语义。对吧？

编辑：我对 GCC 编译器特别感兴趣。我想我可能需要编写一些测试代码并查看 ASM。

【问题讨论】：

我试着搜索这个问题，但我一直在想出关于按值传递、按引用传递等的 abc 的命中率。如果已经讨论过了，我很抱歉。
通常，相反的方法可能是更好的方法 (cpp-next.com/archive/2009/08/want-speed-pass-by-value)。按值传递，让编译器在需要的时候转成按引用传递

标签： c++ optimization

【解决方案1】：

我不能代表每个编译器，但一般的答案是否定的。它不会进行优化。

请参阅GOTW#81，了解如何在 C++ 中强制转换为 const 不会像某些人认为的那样影响优化。

【讨论】：

【解决方案2】：

如果需要，您的编译器可以绝对将 Point 成员变量提升到寄存器中。但是，这与编译器将函数调用本身转换为按值传递不同。

您应该检查生成的程序集以了解正在执行哪些优化。

而 FWIW，我使用的一般规则是尽可能按值传递所有原始类型，并通过 const 引用传递所有类/UDT（或非 POD），并让编译器找出最好的方法。我们不必担心编译器在做什么的细节，它比我们聪明得多。

【讨论】：

我同意不要担心，除非基准测试/分析告诉我们这样做。但我只是好奇编译器是否确实可以进行这种类型的优化。

【解决方案3】：

有 2 个问题。

首先，编译器不会将 pass-by-ref 转换为 pass-by-value，特别是如果 complexComputation 不是 static（即可以被外部对象使用）。

原因是 API 兼容性。对于 CPU，没有“参考”之类的东西。编译器会将引用转换为指针。参数通过堆栈或寄存器传递，因此调用complexComputation 的代码可能会被调用为（假设double 的长度暂时为4）：

str x1, [r7, #0x20]
str y1, [r7, #0x24]
str x2, [r7, #0x50]
str y2, [r7, #0x54]
push r7, #0x20     ; push address of p1 onto the stack
push r7, #0x50     ; push address of p2 onto the stack
call complexComputation

只有 8 个字节被压入堆栈。

另一方面，通过副本传递会将整个结构体压入堆栈，因此汇编代码看起来像

push x1    ; push a copy of p1.x onto the stack
push y1    ; push a copy of p1.y onto the stack
push x2    ; push a copy of p2.x onto the stack
push y2    ; push a copy of p2.y onto the stack
call complexComputation

请注意，这一次将 16 个字节压入堆栈，内容是数字，而不是指针。如果complexComputation 改变了它的参数传递语义，输入就会变成垃圾，你的程序可能会崩溃。

另一方面，优化

double complexComputation(const Point& p1, const Point& p2) {
    double x1 = p1.x; double x2 = p2.x;
    double y1 = p1.y; double y2 = p2.y;
    // x1, x2, y1, y2 stored in registers and used frequently in computations
}

很容易做到，因为编译器可以识别出哪些变量经常被使用并且将它们存储到保留寄存器中（例如 ARM 架构中的 r4 ~ r13，以及许多 sXX/dXX 寄存器），以便更快地访问。

毕竟，如果你想知道编译器是否做了什么，你总是可以反汇编得到的对象并进行比较。

【讨论】：