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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\n", this);
    }
    A(const A& cp)
    {
        printf("%p copy construct\n", this);
    }
    ~A() 
    {
        printf("%p destruct\n", 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 

 

posted on 2019-08-17 01:38  可可西  阅读(2144)  评论(1编辑  收藏  举报

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