编译器优化

Question

所以我有一个问题要问你。 :) 你能告诉我以下代码应该产生的输出吗？

#include <iostream>
struct Optimized
{
    Optimized() { std::cout << "ctor" << std::endl; }
    ~Optimized() { std::cout << "dtor" << std::endl; }
    Optimized(const Optimized& copy) { std::cout << "copy ctor" << std::endl; }
    Optimized(Optimized&& move) { std::cout << "move ctor" << std::endl; }
    const Optimized& operator=(const Optimized& rhs) { std::cout << "assignment operator" << std::endl; return *this; }
    Optimized& operator=(Optimized&& lhs) { std::cout << "move assignment operator" << std::endl; return *this; }
};

Optimized TestFunction()
{
    Optimized a;
    Optimized b = a;
    return b;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    Optimized test = TestFunction();
    return 0;
}

我的第一反应是：

1. 演员
2. 复制ctor
3. 移动 ctor
4. dtor
5. dtor
6. dtor

确实如此，但只有在关闭编译器优化时。当优化打开时，输出完全不同。开启优化后，输出为：

1. 演员
2. 复制ctor
3. dtor
4. dtor

通过编译器优化，测试变量是返回变量。

我的问题是，什么条件会导致不能以这种方式优化？

我一直被教导，返回一个导致额外复制构造函数的结构/类可以通过作为引用传递来更好地优化，但编译器正在为我这样做。那么返回一个结构仍然被认为是错误的形式吗？

Answer 1

这称为复制省略，是一种特殊处理，而不是复制/移动。

标准明确允许优化，只要可以复制/移动（即，方法已声明且可访问）。

在这种情况下，编译器中的实现通常称为返回值优化。有两种变体：

• RVO：当你返回一个临时的 (return "aa" + someString;)
• NRVO：N 代表命名，当你返回一个有名字的对象时

两者都由主要编译器实现，但后者可能只在更高的优化级别上启动，因为它更难检测。

因此，回答您关于返回结构的问题：我会推荐它。考虑：

// Bad
Foo foo;
bar(foo);

-- foo can be modified here


// Good
Foo const foo = bar();

后者不仅更清晰，还允许const强制执行！

Answer 2

两种输出都是允许的。 C++03 语言标准在第 12.8/15 条中说：

当满足某些条件时，允许实现省略类对象的复制构造， 即使对象的复制构造函数和/或析构函数有副作用。在这种情况下，实施 将省略的复制操作的源和目标简单地视为两种不同的引用方式 同一个对象，并且该对象的销毁发生在两个对象的较晚时间 没有优化就会被破坏。¹¹¹⁾ 复制操作的这种省略是允许的 以下情况（可合并消除多个副本）：

• 在具有类返回类型的函数中的 return 语句中，当表达式是 具有与函数返回类型相同的 cv 非限定类型的非易失性自动对象，副本 可以通过将自动对象直接构造到函数的返回值中来省略操作
• 当尚未绑定到引用 (12.2) 的临时类对象将被复制到类时 具有相同 cv-unqualified 类型的对象，可以通过构造临时省略复制操作 将对象直接放入省略副本的目标中

Answer 3

此代码将产生的输出是不可预测的，因为语言规范明确允许可选地消除（省略）类对象的“不必要”临时副本，即使它们的复制构造函数有副作用。

这是否会发生可能取决于多种因素，包括编译器优化设置。

在我看来，将上述复制省略称为“优化”并不完全正确（尽管在这里使用这个术语的愿望是完全可以理解的，并且它被广泛用于此目的）。我想说的是，优化这个术语应该保留给编译器偏离抽象C++机器的行为同时保留可观察的情况程序的行为。换句话说，真正的优化意味着违反语言规范的抽象要求。由于在这种情况下没有违规（标准明确允许复制省略），因此没有真正的“优化”。我们在这里观察到的是 C++ 语言在其抽象级别是如何工作的。根本不需要涉及“优化”的概念。

Answer 4

即使在按值传回时，编译器也可以使用 返回值优化 优化额外的副本。 http://en.wikipedia.org/wiki/Return_value_optimization