深入理解 Return Value Optimization
深入理解 Return Value Optimization
2019/01/30 09：35：11
讓我們用一個例子來看看 g++ 的 RVO （ Return Value Optimization ） 是怎麼工作的。
#include
using
namespace
std
；
int
c
=
0
；
class
Foo
{
public
：
explicit
Foo
（）；
Foo
（
const
Foo
&
other
）；
~
Foo
（）；
int
value
；
}；
ostream
&
operator
<<
（
ostream
&
out
，
const
Foo
&
v
）
{
out
<<
“Foo［”
<<
v
。
value
<<
“@”
<<
（
void
*
）
&
v
<<
“］”
；
return
out
；
}
Foo
：：
Foo
（）
：
value
（
c
++
）
{
cout
<<
“construct： ”
<<
*
this
<<
endl
；
}
Foo
：：
Foo
（
const
Foo
&
other
）
：
value
（
other
。
value
）
{
cout
<<
“copy from ”
<<
other
<<
“to ”
<<
*
this
<<
endl
；
}
Foo
：：~
Foo
（）
{
cout
<<
“deconstructor： ”
<<
*
this
<<
endl
；
}
Foo
build
（）
{
int
mark
=
0
；
cout
<<
“&mark ”
<<
（
void
*
）
&
mark
<<
endl
//
；
return
Foo
（）；
}
int
main
（
int
argc
，
char
*
argv
［］）
{
cout
<<
“begin block”
<<
endl
；
{
int
begin
=
0
；
auto
obj
=
build
（）；
int
end
=
0
；
cout
<<
“&begin ”
<<
（
void
*
）
&
begin
<<
endl
//
<<
“obj = ”
<<
obj
<<
endl
//
<<
“&end ”
<<
（
void
*
）
&
end
<<
endl
//
；
}
cout
<<
“end block”
<<
endl
；
return
0
；
}
如果我們沒有指定編譯選項，g++ 預設打開了 RVO 的最佳化開關
+ g++ -std=c++11 test_rvo。cpp
+ 。/a。out
begin block
&mark 0x7fff5476766c
construct： Foo［0@0x7fff54767708］
&begin 0x7fff5476770c
obj = Foo［0@0x7fff54767708］
&end 0x7fff54767704
deconstructor： Foo［0@0x7fff54767708］
end block
我們知道 x86 平臺下，堆疊是向下生長的，也就是說，堆疊上的地址分配如下。
# main 函式的堆疊空間
0x7fff5476770c： &begin
0x7fff54767708： &obj
0x7fff54767704： &end
。。。
# build 函式的堆疊空間
0x7fff5476766c： &mark
可以看到，
build（）
函式在構造
Foo
物件的時候，實際上使用的是
main
函式中的堆疊地址空間。換句話說，在呼叫
build
之前，
Foo
物件的記憶體就已經提前分配好了，使用的是
main
函式的堆疊地址空間，而
Foo
物件的初始化是在呼叫
build
函式之後執行的。
同時我們注意到，複製建構函式沒有被呼叫。
我們試試關閉 RVO 。
+ g++ -fno-elide-constructors -std=c++11 test_rvo。cpp
+ 。/a。out
begin block
&mark 0x7fff52a1366c
construct： Foo［0@0x7fff52a13668］
copy from Foo［0@0x7fff52a13668］to Foo［0@0x7fff52a13700］
deconstructor： Foo［0@0x7fff52a13668］
copy from Foo［0@0x7fff52a13700］to Foo［0@0x7fff52a13708］
deconstructor： Foo［0@0x7fff52a13700］
&begin 0x7fff52a1370c
obj = Foo［0@0x7fff52a13708］
&end 0x7fff52a136f0
deconstructor： Foo［0@0x7fff52a13708］
end block
-fno-elide-constructors
表示關閉 RVO 最佳化開關。
堆疊分析
# main 函式的堆疊空間
0x7fff52a1370c： &begin
0x7fff52a13708： &obj
0x7fff52a13700： &複製的臨時物件 tmp-obj2
0x7fff52a136f0： &end
# build 函式的堆疊空間
。。。
0x7fff52a1366c： &mark
0x7fff52a13668： &構造臨時物件 tmp-obj1
我們看到，複製建構函式被呼叫了兩次。我們仔細看一下發生了什麼。
在 main 函式的堆疊空間上，預留記憶體 0x7fff52a13700 ，準備接收返回值
tmp-obj2
。
在 build 函式的堆疊空間上，申請記憶體 0x7fff52a13668 ，並且構造了臨時物件
tmp-obj1
呼叫複製建構函式，把
tmp-obj1
複製到
tmp-obj2
上。
build 函式在返回之前，呼叫解構函式，析構掉
tmp-obj1
。
在 main 函式中，呼叫複製建構函式，把
tmp-obj2
複製構造到
obj
變數上。
立刻析構掉臨時物件
tmp-obj2
。
繼續在執行 main 函式之後的程式碼，在程式碼塊結束的時候，呼叫解構函式，析構掉
obj
物件。
RVO 的最佳化實在是太有用了，以至於編譯器預設是開啟這個最佳化開關的。
我們可以經常使用類似下面的程式碼
這種程式碼可讀性好，而且我們不用擔心效率的問題， RVO 可以保證程式碼十分高效的執行。
在實際專案中，我會看到下面的程式碼
這種方式可讀性不好。 作者本來的目的是防止多次複製物件，然而， 這樣通常導致一次多餘的函式呼叫。 因為一般我們在
foo
函數里面要構造一個物件，然後複製到
obj
。更糟糕的是，
obj
物件被初始化兩次，第一次初始化是在呼叫
foo
之前，使用預設建構函式。這個時候
obj
物件是一個無意義的物件。因為 RAII 的語義，導致這個設計是很醜陋的。