C++返回值优化

C++ return value optimization

本文关键字：优化 返回值 C++      更新时间：2023-10-16

此代码：

#include <vector>
std::vector<float> getstdvec() {
    std::vector<float> v(4);
    v[0] = 1;
    v[1] = 2;
    v[2] = 3;
    v[3] = 4;
    return v;
}
int main() {
    std::vector<float> v(4);
    for (int i = 0; i != 1000; ++i)
    {
        v = getstdvec();
    }
}

我在这里的错误理解是，函数getstdvec不应该实际分配它返回的向量。当我在 valgrind/callgrind 中运行它时，我看到有 1001 个调用 malloc;1 表示 main 中的初始向量声明，1000 表示每次循环迭代。

什么给？如何从这样的函数返回向量（或任何其他对象），而不必每次都分配它？

编辑：我知道我可以通过引用传递向量。我的印象是，编写这样的函数是可能的（甚至更可取的），该函数返回对象而不会引起不必要的分配。

调用函数时，对于返回类型（如 std::vector<T>），编译器为返回的对象提供内存。被调用的函数负责构造它在此内存槽中返回的实例。

RVO/NRVO 现在允许编译器省略创建本地临时对象、从该对象复制构造内存槽中的返回值、销毁临时对象并最终返回给调用方。相反，被调用的函数只是直接在返回槽的内存中构造本地对象，在函数结束时，它只是返回。

从调用方的角度来看，这是透明的：它为返回值提供内存，当调用的函数返回时，有一个有效的实例。调用方现在可以使用此对象，并负责调用析构函数并在以后释放内存。

这意味着 RVO/NRVO 仅在调用函数来构造新实例时有效，而不是在分配它时起作用。以下是可以应用 RVO/NRVO 的示例：

std::vector<float> v = getstdvec();

但是您的原始代码使用循环，并且在每次迭代中，都需要构造getstdvec()的结果，并将此临时分配给v。RVO/NRVO 无法删除它。

您可以通过引用传递它...copy elision 使得 v = getstdvect（） 将 v（在你的 main）中）直接分配给 v（在你的 getstdvec（）中）并跳过通常与按值返回相关的副本，但它不会跳过函数中的 v（4）。为此，您需要通过引用获取向量：

#include <vector>
void getstdvec(std::vector<float>& v){
  v.resize(4);//will only realocate if v is wrong size
  v[0] = 1; v[1] = 2; v[2] = 3; v[3] = 4;
  return v;
}
int main() {
  std::vector<float> v(4);
  for (int i=0; i!=1000;++i)
    getstdvec(v);
}

你在循环中执行复制分配，而不是复制构造。RVO 优化仅适用于从返回值构造变量，而不适用于分配给它们。

我无法完全弄清楚您在这里试图解决的真正问题。有了更多详细信息，也许可以提供解决您潜在问题的良好答案。

就目前而言，要以这种方式从函数返回，您需要创建一个临时向量，以便在每次调用函数时返回。

最简单的答案是将已经创建的向量对象传递到函数中。

std::vector<float> getstdvec(std::vector<float> &myvec){

在这种情况下，您实际上不必将其退回，因此

void getstdvec(std::vector<float> &myvec){
代替使用

返回值，您可以使用引用：

void getstdvec(std::vector<float> &v)

这样可以避免临时对象的复制

如何从这样的函数返回向量（或任何其他对象），而不必每次都分配它？

按照您的方式，您声明一个大小为 4 的局部向量，因此每次调用该函数时，它都会分配内存。如果您的意思是始终在同一向量上进行修改，那么您可以考虑通过引用传递向量。

例如：

void getstdvec(std::vector<float>& vec)
{                                //^^
    //do something with vec
}

在 main 中，你声明向量并分配空间。现在，您将执行以下操作：

for (int i=0; i!=1000;++i)
{        //^^^minor: Don't use magic number in the code like this, 
         //define a const instead
    getstdvec(vec);
}
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