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. ctor
2. copy ctor
3. move ctor
4. dtor
5. dtor
6. dtor

，这是真的，但仅当编译器优化关闭时。当优化打开时，输出完全不同。打开优化后，输出为：

1. ctor
2. copy 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，什么条件会导致无法以这种方式优化？

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进行优化，但编译器正在为我做这件事。那么 return 结构仍然被认为是不好的形式吗？

Answer 1

这称为“复制省略”，是一种特殊处理，而不是复制/移动。

标准特别允许优化，只要可以复制/移动（即，该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：当您返回临时值时 (return "aa" + someString;)
• NRVO：N 表示命名，当您返回一个具有名称的对象

两者都是由主要编译器实现的，但后者可能仅在更高的优化级别上启动，因为它更难以检测。

因此，要回答您有关返回结构的问题：我会推荐它。考虑一下：

// Bad
Foo foo;
bar(foo);

-- foo can be modified here


// Good
Foo const foo = bar();

后者不仅更清晰，而且还允许 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 条中规定：

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视为简单的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被破坏的较晚的时间
如果没有优化，就会被破坏。¹¹¹⁾ 这种复制操作的省略在
以下情况（可以组合起来消除多个副本）：

• 在具有类返回类型的函数的 return 语句中，当表达式是
  具有与函数返回类型相同的 cv-unqualified 类型的非易失性自动对象，副本
  通过直接将自动对象构造到函数的返回值中可以省略操作
• 当尚未绑定到引用（12.2）的临时类对象被复制到类时
  具有相同 cv-unqualified 类型的对象，可以通过构造临时对象来省略复制操作
  对象直接进入省略复制的目标

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选择性消除（省略）类对象的“不必要的”临时副本，即使它们的复制构造函数有副作用。

这种情况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，术语优化应该保留在编译器偏离抽象C++机器同时保留可观察的行为的情况程序的行为。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只是 C++ 语言在其抽象级别上的工作方式。根本不需要涉及“优化”的概念。

Answer 4

即使按值传回，编译器也可以使用返回值优化来优化额外的副本，请参阅； http://en.wikipedia.org/wiki/Return_value_optimization