为什么std::tuple破坏了C++中的小规模结构调用约定优化？

Question

C++有一个小规模的结构调用约定优化，编译器在函数参数中传递一个小型结构的效率与传递原始类型(例如通过寄存器)的效率一样高。例如：

class MyInt { int n; public: MyInt(int x) : n(x){} };
void foo(int);
void foo(MyInt);
void bar1() { foo(1); }
void bar2() { foo(MyInt(1)); }

bar1()和bar2()生成几乎相同的汇编代码，但分别调用foo(int)和foo(MyInt)。特别是在x86_64上，它看起来像是：

        mov     edi, 1
        jmp     foo(MyInt) ;tail-call optimization jmp instead of call ret

但是如果我们测试std::tuple<int>，它将是不同的：

void foo(std::tuple<int>);
void bar3() { foo(std::tuple<int>(1)); }

struct MyIntTuple : std::tuple<int> { using std::tuple<int>::tuple; };
void foo(MyIntTuple);
void bar4() { foo(MyIntTuple(1)); }

生成的程序集代码看起来完全不同，小尺寸结构(std::tuple<int>)通过指针传递：

        sub     rsp, 24
        lea     rdi, [rsp+12]
        mov     DWORD PTR [rsp+12], 1
        call    foo(std::tuple<int>)
        add     rsp, 24
        ret

我做了更深入的研究，试图让我的int更脏一些(这应该接近于一个不完整的幼稚元组的推进)：

class Empty {};
class MyDirtyInt : protected Empty, MyInt {public: using MyInt::MyInt; };
void foo(MyDirtyInt);
void bar5() { foo(MyDirtyInt(1)); }

但是应用了调用约定优化：

        mov     edi, 1
        jmp     foo(MyDirtyInt)

我试过GCC/Clang/MSVC，他们都表现出了相同的行为。(天栓链接)所以我想这一定是C++标准中的东西吧？(我认为C++标准没有指定任何ABI约束？)

我知道编译器应该能够优化这些输出，只要foo(std::tuple<int>)的定义是可见的，并且没有标记为noinline。但是，，我想知道标准或实现的哪一部分导致了这个优化的失效。

FYI，如果您对我正在使用std::tuple做什么感到好奇，我想创建一个包装类(即强myself )，并且不想自己声明比较操作符(操作符<==‘>在C++20之前)，也不想费心使用Boost，所以我认为std::tuple是一个很好的基类，因为所有东西都在那里。

Answer 1

这似乎是ABI的问题。例如，Itanium C++ ABI读取

如果参数类型是，对于调用来说并不简单，调用方必须为临时调用分配空间，并通过引用传递临时空间。

和，进一步

如果一个类型具有一个非平凡的复制构造函数、移动构造函数或析构函数，或者它的所有复制和移动构造函数都被删除，则在调用时，该类型被认为是非平凡的。

在AMD64 ABI草案1.0中也有同样的要求。

例如，在libstdc++中，std::tuple具有重要的移动构造函数：https://godbolt.org/z/4j8vds。该标准规定了在默认情况下复制和移动构造函数，这一点在这里得到了满足。然而，与此同时，tuple _Tuple_impl和具有用户定义的移动构造函数。。因此，移动tuple本身的构造函数不可能是一件简单的事情。

相反，在libc++中，std::tuple<int>的复制和移动构造函数都是微不足道的。因此，参数将在一个寄存器中传递：https://godbolt.org/z/WcTjM9。

至于Microsoft STL，std::tuple<int>并不是可复制的，也不是可移动的.它甚至似乎违反了C++的标准规则。std::tuple是递归定义的，在递归结束时，std::tuple<>专门化定义了非默认复制构造函数。有一个关于这个问题的评论：// TRANSITION, ABI: should be defaulted。由于tuple<>没有移动构造函数，所以tuple<class...>的复制和移动构造函数都是非平凡的.

Answer 2

正如@StoryTeller所建议的那样，它可能与导致此行为的std::tuple中的用户定义的move构造函数有关。

参见例如：https://godbolt.org/z/3M9KWo

拥有用户定义的移动构造函数将导致非优化程序集：

bar_my_tuple():
        sub     rsp, 24
        lea     rdi, [rsp+12]
        mov     DWORD PTR [rsp+12], 1
        call    foo(MyTuple<int>)
        add     rsp, 24
        ret

例如，在libcxx中，复制和移动构造函数被声明为默认的tuple_leaf和tuple，您将得到小规模的struct调用约定优化std::tuple，但是包含非琐碎可移动成员的std::tuple本身就自然变得不可移动。