函数的调用方如何知道是否使用了返回值优化

How does the caller of a function know whether Return Value Optimization was used?

本文关键字：返回值 优化 是否 调用 方如何 函数      更新时间：2023-10-16

我对返回值优化的理解是，编译器秘密传递将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已更改，因为有一个额外的隐藏参数。

现在考虑我从维基百科偷来的以下案例

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;
}

假设编译器会将 RVO 应用于第一种情况，但不应用于第二种情况。但是，函数的接口不会根据是否应用 RVO 而变化吗？如果函数f的主体对编译器不可见，编译器如何知道是否应用 RVO 以及调用方是否需要传递隐藏地址参数？

界面没有变化。 在所有情况下，结果函数必须出现在调用方的作用域中;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，就像在第一种情况下一样，编译器将"合并"x和此返回值，构造 x指针给出的地址;不使用时，编译器将在return 语句，将任何内容复制到此返回值中。

我可以补充一点，你的第二个例子不是很接近什么发生。 在通话现场，您几乎总是得到一些东西喜欢：

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

被调用的函数将构造一个局部变量或临时直接在它通过的地址，或复制在此地址构造一些值。 这样在你最后例如，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，则特殊代码将在 x 的构造函数中：

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

然后将x替换为函数中其他位置的*s（并且在返回时什么都不做）。

让我们玩 NRVO、RVO 和复制 elision！

这是一个类型：

#include <iostream>
struct Verbose {
  Verbose( Verbose const& ){ std::cout << "copy ctorn"; }
  Verbose( Verbose && ){ std::cout << "move ctorn"; }
  Verbose& operator=( Verbose const& ){ std::cout << "copy asgnn"; }
  Verbose& operator=( Verbose && ){ std::cout << "move asgnn"; }
};

这很啰嗦。

这是一个函数：

Verbose simple() { return {}; }

这非常简单，并使用其返回值的直接构造。 如果Verbose缺少复制或移动构造函数，则上述函数将起作用！

下面是一个使用 RVO 的函数：

Verbose simple_RVO() { return Verbose(); }

在这里，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()构造到返回值中，当且仅当存在复制或移动构造函数时。 不调用复制或移动构造函数，而是省略。

下面是一个使用 NRVO 的函数：

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

要使 NRVO 发生，每个路径都必须返回完全相同的对象，并且您不能偷偷摸摸（如果将返回值强制转换为引用，则返回该引用，这将阻止 NRVO）。 在这种情况下，编译器所做的是将命名对象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，但不能调用。

下面是一个无法使用 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，因此它无法在返回值位置构造这两个对象，因此它必须执行实际复制。 在 C++11 中，返回的对象将被隐式move d 而不是复制，因为它是从简单 return 语句中的函数返回的局部变量。 所以至少是有的。

最后，另一端有复制省略：

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

调用函数时，为它提供参数，并通知它应该在哪里放置返回值。 调用方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可以用作局部变量。

通常，如果您有以下形式的变量：

Verbose v = Verbose();

隐含副本可以省略——Verbose()直接在v中构造，而不是临时创建然后复制到v。 同样，如果编译器的运行时模型支持simple（或simple_NRVO，或其他什么）的返回值（通常支持）。

基本上，调用站点可以告诉simple_*将返回值放在特定位置，并简单地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，调用方不需要对此一无所知。

同样，调用

站点的省略都是在函数外部完成的，如果调用约定支持它，则不需要函数主体的任何支持。

这不一定在每个调用约定和运行时模型中都是如此，因此C++标准使这些优化可选。

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