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C++编译优化RVO&NRVO&复制省略

2021-04-24 16:02:42 作者：互联网

编译器优化技术

现代编译器缺省会使用 RVO（return value optimization，返回值优化）、NRVO（named return value optimization、命名返回值优化）和复制省略（Copy elision）技术，来减少拷贝次数来提升代码的运行效率。

注1：vc6、vs 没有提供编译选项来关闭该优化，无论是 debug 还是 release 都会进行 RVO 和复制省略优化

注2：vc6、vs2005 以下及 vs2005 + Debug 上不支持 NRVO 优化，vs2005 + Release 支持 NRVO 优化

注3：g++ 支持这三种优化，并且可通过编译选项：-fno-elide-constructors 来关闭优化。

RVO 优化

如下程序：

#include <stdio.h>
class A
{
public:
    A()
    {
        printf("%p construct\n", this);
    }
    A(const A& cp)
    {
        printf("%p copy construct\n", this);
    }
    ~A()
    {
        printf("%p destruct\n", this);
    }
};

A GetA()
{
    return A();
}

int main()
{
    {
        A a = GetA();
    }
    return 0;
}

在 g++ 和 vc6、vs 中，上述代码仅仅只会调用一次构造函数和析构函数，输出结果如下：

0x7ffe9d1edd0f construct
0x7ffe9d1edd0f destruct

在 g++ 中，加上 -fno-elide-constructors 选项关闭优化后，输出结果如下：

0x7ffc46947d4f construct  // 在函数GetA中，调用无参构造函数A()构造出一个临时变量temp
0x7ffc46947d7f copy construct // 函数GetA return语句处，把临时变量temp做为参数传入并调用拷贝构造函数A(const A& cp)将返回值ret构造出来
0x7ffc46947d4f destruct // 函数GetA执行完return语句后，临时变量temp生命周期结束，调用其析构函数~A()
0x7ffc46947d7e copy construct // 函数GetA调用结束，返回上层main函数后，把返回值变量ret做为参数传入并调用拷贝构造函数A(const A& cp)将变量A a构造出来
0x7ffc46947d7f destruct // A a = GetA()语句结束后，返回值ret生命周期结束，调用其析构函数~A()
0x7ffc46947d7e destruct // A a要离开作用域，生命周期结束，调用其析构函数~A()

注：临时变量 temp、返回值 ret 均为匿名变量。

下面用 C++ 代码模拟一下其优化行为：

#include <new>
A& GetA(void* p)
{
    //由于p的内存是从外部传入的，函数返回后仍然有效，因此返回值可为A&
    //vs中，以下代码还可以写成:
    // A& o = *((A*)p);
    // o.A::A(); 
    // return o;
    return *new (p) A(); // placement new
}

int main()
{
    {
        char buf[sizeof(A)];
        A& a = GetA(buf);
        a.~A();
    }
    return 0;
}

NRVO 优化

g++ 编译器、vs2005 + Release（开启 O2 及以上优化开关）

修改上述代码，将 GetA 的实现修改成：

A GetA()
{
    A o;
    return o;
}

在 g++、vs2005 + Release 中，上述代码也仅仅只会调用一次构造函数和析构函数，输出结果如下：

0x7ffe9d1edd0f construct
0x7ffe9d1edd0f destruct

g++ 加上 -fno-elide-constructors 选项关闭优化后，和上述结果一样：

0x7ffc46947d4f construct
0x7ffc46947d7f copy construct
0x7ffc46947d4f destruct
0x7ffc46947d7e copy construct
0x7ffc46947d7f destruct
0x7ffc46947d7e destruct

但在 vc6、vs2005 以下、vs2005 + Debug 中，没有进行 NRVO 优化，输出结果为：

18fec4 construct  // 在函数GetA中，调用无参构造函数A()构造出一个临时变量o
18ff44 copy construct  // 函数GetA return语句处，把临时变量o做为参数传入并调用拷贝构造函数A(const A& cp)将返回值ret构造出来
18fec4 destruct  // 函数GetA执行完return语句后，临时变量o生命周期结束，调用其析构函数~A()
18ff44 destruct // A a要离开作用域，生命周期结束，调用其析构函数~A()

下面用 C++ 代码模拟一下 vc6、vs2005 以下、vs2005 + Debug 上的行为：

#include <new>
A& GetA(void* p)
{
    A o;
    //由于p的内存是从外部传入的，函数返回后仍然有效，因此返回值可为A&
    //vs中，以下代码还可以写成:
    // A& t = *((A*)p);
    // t.A::A(o); 
    // return t;
    return *new (p) A(o); // placement new
}

int main()
{
    {
        char buf[sizeof(A)];
        A& a = GetA(buf);
        a.~A();
    }
    return 0;
}

注：与 g++、vs2005 + Release 相比，vc6、vs2005 以下、vs2005+ Debug 只优化掉了返回值到变量 a 的拷贝，命名局部变量 o 没有被优化掉，所以最后一共有 2 次构造和析构的调用。

复制省略优化

典型情况是：调用构造函数进行值类型传参

void Func(A a) 
{
}

int main()
{
    {
        Func(A());
    }
    return 0;
}

在 g++ 和 vc6、vs 中，上述代码仅仅只会调用一次构造函数和析构函数，输出结果如下：

0x7ffeb5148d0f construct
0x7ffeb5148d0f destruct

在 g++ 中，加上 -fno-elide-constructors 选项关闭优化后，输出结果如下：

0x7ffc53c141ef construct   // 在main函数中，调用无参构造函数构造实参变量o
0x7ffc53c141ee copy construct // 调用Func函数后，将实参变量o做为参数传入并调用拷贝构造函数A(const A& cp)将形参变量a构造出来
0x7ffc53c141ee destruct // 函数Func执行完后，形参变量a生命周期结束，调用其析构函数~A()
0x7ffc53c141ef destruct // 返回main函数后，实参变量o要离开作用域，生命周期结束，调用其析构函数~A()

下面用 C++ 代码模拟一下其优化行为：

void Func(const A& a)
{
}

int main()
{
    {
        Func(A());
    }
    return 0;
}

优化失效情况

开启 g++ 优化，得到以下各种失效情况的输出结果：

根据不同的条件分支，返回不同变量

A GetA(bool bflag)
{
    A a1, a2;
    if (bflag)
        return a1;
    return a2;
}

int main()
{
    A a = GetA(true);
    return 0;
}

结果如下：

0x7ffc3cca324f construct
0x7ffc3cca324e construct
0x7ffc3cca327f copy construct
0x7ffc3cca324e destruct
0x7ffc3cca324f destruct
0x7ffc3cca327f destruct

注1：2 次缺省构造函数调用：用于构造 a1、a2

注2：1 次拷贝构造函数调用：用于拷贝构造返回值

注3：这里仍然用右值引用优化掉了一次拷贝函数调用：返回值赋值给 a

返回参数变量
返回全局变量
返回复合数据类型中的成员变量
返回值赋值给已构造好的变量（此时会调用 operator== 赋值运算符）

转载原文：https://www.cnblogs.com/kekec/p/11303391.html

标签：调用,return,GetA,destruct,RVO,construct,NRVO,C++,优化
来源： https://www.cnblogs.com/WindSun/p/14697078.html