编译器可以删除以下副本吗

Can the compiler elide the following copy?

本文关键字：副本 删除 编译器      更新时间：2023-10-16

我还是一个新手程序员，我知道过早的优化是不好的，但我也知道复制大量的东西也是不好的。

我读过关于复制省略的文章，它是同义词，但例如维基百科上的例子让我觉得，只有当要返回的对象在完全构建的同时返回时，复制省略才能发生。

向量之类的对象呢？通常只有在填充了一些东西时，当用作返回值时，它们才有意义。毕竟，空向量可以手动实例化。

那么，它在这种情况下也有效吗？

简洁风格差：

vector<foo> bar(string baz)
{
    vector<foo> out;
    for (each letter in baz)
        out.push_back(someTable[letter]);
    return out;
}
int main()
{
     vector<foo> oof = bar("Hello World");
}

我使用bar（vector&out，字符串文本）并没有真正的问题，但上面的方式看起来会更好，美观，而且符合目的。

例如，维基百科上的例子让我觉得，只有当要返回的对象在完全构建的同时返回时，才能进行复制省略。

这是误导（读作：错误）。问题是，在所有代码路径中只有一个对象被返回，即潜在返回对象只有一个构造正在发生。

你的代码很好，任何现代编译器都可以删除副本。

另一方面，以下代码可能会产生问题：

vector<int> foo() {
    vector<int> a;
    vector<int> b;
    // … fill both.
    bool c;
    std::cin >> c;
    if (c) return a; else return b;
}

在这里，编译器需要完全构造两个不同的对象，只有之后才能决定返回其中的哪一个，因此它必须复制一次，因为它无法在目标内存位置直接构造返回的对象。

没有什么可以阻止编译器删除副本。这在12.8.15:中有定义

[…]复制操作的省略是在以下情况下允许情况（可能结合消除多个副本）：

[…]

  • 当具有未绑定到引用（12.2）将被复制到具有同一简历不合格类型，复印件操作可以通过构造临时对象直接进入目标省略的副本

它是否真的这样做取决于编译器和您使用的设置。

vector的两个隐含副本都可以而且经常被消除。命名返回值优化可以消除返回语句return out;中隐含的副本，也允许消除oof的副本初始化中隐含的for临时。

在两种优化都在进行的情况下，在vector<foo> out;中构造的对象与oof是相同的对象。

使用这样的人工测试用例来测试这些优化中的哪一个更容易。

struct CopyMe
{
    CopyMe();
    CopyMe(const CopyMe& x);
    CopyMe& operator=(const CopyMe& x);
    char data[1024]; // give it some bulk
};
void Mutate(CopyMe&);
CopyMe fn()
{
    CopyMe x;
    Mutate(x);
    return x;
}
int main()
{
    CopyMe y = fn();
    return 0;
}

复制构造函数已声明但未定义，因此无法内联和消除对它的调用。使用现在相对较旧的gcc 4.4进行编译会在-O3 -fno-inline处提供以下程序集（经过过滤以分解C++名称，并经过编辑以删除非代码）。

fn():
        pushq   %rbx
        movq    %rdi, %rbx
        call    CopyMe::CopyMe()
        movq    %rbx, %rdi
        call    Mutate(CopyMe&)
        movq    %rbx, %rax
        popq    %rbx
        ret
main:
        subq    $1032, %rsp
        movq    %rsp, %rdi
        call    fn()
        xorl    %eax, %eax
        addq    $1032, %rsp
        ret

可以看出，没有对复制构造函数的调用。事实上，即使在-O0，gcc也会执行这些优化。您必须提供-fno-elide-constructors才能关闭此行为；如果这样做，那么gcc会生成两个对CopyMe的复制构造函数的调用——一个在对fn()的调用内部，一个在调用外部。

fn():
        movq    %rbx, -16(%rsp)
        movq    %rbp, -8(%rsp)
        subq    $1048, %rsp
        movq    %rdi, %rbx
        movq    %rsp, %rdi
        call    CopyMe::CopyMe()
        movq    %rsp, %rdi
        call    Mutate(CopyMe&)
        movq    %rsp, %rsi
        movq    %rbx, %rdi
        call    CopyMe::CopyMe(CopyMe const&)
        movq    %rbx, %rax
        movq    1040(%rsp), %rbp
        movq    1032(%rsp), %rbx
        addq    $1048, %rsp
        ret
main:
        pushq   %rbx
        subq    $2048, %rsp
        movq    %rsp, %rdi
        call    fn()
        leaq    1024(%rsp), %rdi
        movq    %rsp, %rsi
        call    CopyMe::CopyMe(CopyMe const&)
        xorl    %eax, %eax
        addq    $2048, %rsp
        popq    %rbx
        ret
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