函数的调用者如何知道是否使用了返回值优化？

Question

我对返回值优化的理解是，编译器偷偷传递了将要存储返回值的对象的地址，并对该对象而不是局部变量进行更改。

例如代码

std::string s = f();

std::string f()
{
    std::string x = "hi";
    return x;
}

变得类似于

std::string s;
f(s);

void f(std::string& x)
{
    x = "hi";
}

使用 RVO 时。这意味着函数的接口发生了变化，因为多了一个隐藏参数。

现在考虑以下我从维基百科窃取的案例

std::string f(bool cond)
{
    std::string first("first");
    std::string second("second");
    // the function may return one of two named objects
    // depending on its argument. RVO might not be applied
    return cond ? first : second;
}

让我们假设编译器会将 RVO 应用于第一种情况，但不会应用于第二种情况。但是函数的接口不会根据是否应用RVO而改变吗？如果函数体f对编译器不可见，编译器如何知道是否应用了RVO以及调用者是否需要传递隐藏地址参数？

Answer 1

界面没有变化。在所有情况下，结果 函数必须出现在调用者的范围内； 通常，编译器使用隐藏指针。唯一的 不同之处在于，当使用 RVO 时，如您的第一种情况， 编译器将“合并”x 和这个返回值，构造 x在指针给定的地址处；不使用时， 编译器将生成对复制构造函数的调用 return 语句，将任何内容复制到此返回值中。

我可能会补充说，您的第二个示例不是非常接近 发生。在呼叫站点，您几乎总能得到一些东西 喜欢：

<raw memory for string> s;
f( &s );

而被调用的函数要么构造一个局部变量 或直接在它通过的地址临时，或复制 在这个地址构造一些其他的值。所以在你的最后 例如，return 语句或多或少是 相当于：

if ( cont ) {
    std::string::string( s, first );
} else {
    std::string::string( s, second );
}

(显示传递给副本的隐式this指针 构造函数。）在第一种情况下，如果 RVO 适用，则特殊的 代码将在x的构造函数中：

std::string::string( s, "hi" );

然后在函数中的其他任何地方用*s替换x （并且在返回时什么都不做）。

Answer 2

让我们一起玩 NRVO、RVO 和复制省略！

这是一个类型：

#include <iostream>
struct Verbose {
  Verbose( Verbose const& ){ std::cout << "copy ctor\n"; }
  Verbose( Verbose && ){ std::cout << "move ctor\n"; }
  Verbose& operator=( Verbose const& ){ std::cout << "copy asgn\n"; }
  Verbose& operator=( Verbose && ){ std::cout << "move asgn\n"; }
};

这很冗长。

这是一个函数：

Verbose simple() { return {}; }

这很简单，并且使用直接构造它的返回值。如果Verbose 缺少复制或移动构造函数，上述函数将起作用！

这是一个使用 RVO 的函数：

Verbose simple_RVO() { return Verbose(); }

这里未命名的Verbose() 临时对象被告知将自身复制到返回值。 RVO 意味着编译器可以跳过该副本，并直接将Verbose() 构造为返回值，当且仅当存在复制或移动构造函数时。复制或移动构造函数没有被调用，而是被省略了。

这是一个使用 NRVO 的函数：

 Verbose simple_NRVO() {
   Verbose retval;
   return retval;
 }

为了实现 NRVO，每条路径都必须返回完全相同的对象，并且您不能对此偷偷摸摸（如果您将返回值强制转换为引用，然后返回该引用，这将阻止 NRVO）。在这种情况下，编译器所做的就是将命名对象retval 直接构造到返回值位置。与 RVO 类似，复制或移动构造函数必须存在，但不会被调用。

这是一个无法使用 NRVO 的函数：

 Verbose simple_no_NRVO(bool b) {
   Verbose retval1;
   Verbose retval2;
   if (b)
     return retval1;
   else
     return retval2;
 }

由于它可以返回两个可能的命名对象，它不能在返回值位置构造两个，因此它必须进行实际复制。在 C++11 中，返回的对象将隐含地 moved 而不是复制，因为它是在简单的 return 语句中从函数返回的局部变量。所以至少是这样的。

最后，在另一端有复制省略：

Verbose v = simple(); // or simple_RVO, or simple_NRVO, or...

当你调用一个函数时，你给它提供了它的参数，你告诉它应该把它的返回值放在哪里。调用者负责清理返回值并为其分配内存（在堆栈上）。

这种通信是通过调用约定以某种方式完成的，通常是隐式的（即通过堆栈指针）。

在许多调用约定下，可以存储返回值的位置最终会被用作局部变量。

一般来说，如果你有一个形式的变量：

Verbose v = Verbose();

可以省略隐含的副本——Verbose() 直接在v 中构造，而不是创建一个临时的然后复制到v。同样，如果编译器的运行时模型支持（通常也支持）simple（或simple_NRVO，或其他）的返回值，则可以省略它。

基本上，调用站点可以告诉simple_* 将返回值放在特定位置，并将该位置视为局部变量v。

请注意，NRVO 和 RVO 以及隐式移动都是在函数中完成的，调用者不需要对此一无所知。

同样，调用站点的省略都是在函数之外完成的，如果调用约定支持它，则不需要函数体的任何支持。

这不一定在每个调用约定和运行时模型中都是正确的，因此 C++ 标准使这些优化成为可选的。