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  • C++编译器优化技术:RVO、NRVO和复制省略

    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关闭优化

    RVO

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

    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

    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;
    }

    优化失效的情况

    开启g++优化,得到以下各种失效情况的输出结果:

    (1)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;
    }
    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:这儿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

    (2)返回参数变量

    (3)返回全局变量

    (4)返回复合数据类型中的成员变量

    (5)返回值赋值给已构造好的变量(此时会调用operator==赋值运算符)

    参考

    Return Value Optimization 

    What are copy elision and return value optimization?

    Copy elision(wiki)

    C++ 命名返回值优化(NRVO)

    Named Return Value Optimization in Visual C++ 2005 

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/kekec/p/11303391.html
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