返回值优化在C++中可靠吗？

Question

正如这个wiki页面所说的(代码如下所示)，返回值优化是C++编译器允许的，但仍然取决于实现。为了减少复制的成本，建议手动优化它(将函数的对象赋给引用，如const C& obj = f();)，还是让编译器在实践中进行这种优化？

#include <iostream>

struct C {
  C() {}
  C(const C&) { std::cout << "A copy was made.\n"; }
};

C f() {
  return C();
}

int main() {
  std::cout << "Hello World!\n";
  C obj = f();
}

编辑:将更改更新为常量引用。

Answer 1

您不能(可移植地)使用临时返回值来初始化非常数引用，因此肯定不推荐这样做。

使用它初始化const引用对返回表达式的值的复制/移动是否可以省略没有任何影响；尽管它会从返回值中消除用于初始化变量的名义上的复制/移动，无论是否已经省略。当然，这与初始化(非引用)变量不同，因为您不能修改它。

实际上，任何具有良好优化器的编译器都会省略复制，并在允许的情况下移动到任何地方。如果你没有使用一个像样的优化器，那么无论如何你也不能期望有像样的性能。

Answer 2

要手动确保不会获得对象的任何冗余副本，您需要做的工作比到目前为止所做的要多一点。之前我回答说这是不可能的，但我错了。此外，使用const&可能不允许对返回值执行某些您希望允许的操作。如果你需要手动进行优化，我会这么做：

#include <iostream>

struct S {
  S()
  { std::cout << "default constructor\n"; }
  S(const S &)
  { std::cout << "copy constructor\n"; }
  S(S &&)
  { std::cout << "move constructor\n"; }
  ~S()
  { std::cout << "destructor\n"; }
};

S f() { return {}; }

int main() {
  auto&&s = f();
  std::cout << "main\n";
}

这将打印"default destructor“，然后是"main"，然后是"destructor”。无论是否发生任何复制省略，这都是输出。在main中，s是一个命名引用，所以它是一个左值，而不是const-qualified。你可以用它做任何你本来可以做的事情。

鉴于事实证明，在这样的情况下避免依赖复制省略相当容易，只要您从一开始就注意到它，如果您不得不担心其他编译器不执行复制省略，那么您的努力可能是值得的。大多数编译器都能做到这一点，如果编译器不能做到这一点，它很有可能会遇到其他更大的问题，所以有一个很好的理由不用担心这个问题。

然而，同时，复制省略在某种程度上是不可靠的:即使是当前的优化编译器也不总是执行它，原因很简单，在某些情况下，复制省略是有意义的，但标准不允许，或者对于特定的实现是不可能的。强迫自己编写不依赖于复制省略的代码意味着您不能陷入这种情况。

也就是说，在某些情况下，复制遗漏只能通过优化编译器来实际消除，因此您可能别无选择，只能依赖它：

假设我们将void m();添加到S的定义中。假设我们现在编辑f以

S f() {
  S s;
  s.m();
  return s;
}

这就更难重写成一种保证没有冗余副本的形式。然而，同时，副本是不必要的，这可以很容易地从以下事实中确定:使用GCC (可能还有其他编译器)，默认情况下，不会创建副本。

我最后的结论是，对于不执行RVO的编译器来说，它可能不值得优化，但值得仔细考虑到底是什么让它工作，并以这样一种方式编写代码，即RVO不仅是可能的，而且成为编译器很可能做的事情。