为什么GCC不能优化，除非返回值有一个名称？

Question

请考虑以下代码：

#include <array>

class C
{
    std::array<char, 7> a{};
    int b{};
};

C slow()
{
    return {};
}

C fast()
{
    C c;
    return c;
}

GCC 6到9为slow()编写了非常臃肿的代码

slow():
        xor     eax, eax
        mov     DWORD PTR [rsp-25], 0
        mov     BYTE PTR [rsp-21], 0
        mov     edx, DWORD PTR [rsp-24]
        mov     DWORD PTR [rsp-32], 0
        mov     WORD PTR [rsp-28], ax
        mov     BYTE PTR [rsp-26], 0
        mov     rax, QWORD PTR [rsp-32]
        ret
fast():
        xor     eax, eax
        xor     edx, edx
        ret

这两种功能在意义上有区别吗？Clang为这两种语言发布类似fast()的代码，而GCC 4-5的代码比6-9做得更好，但也不是很理想。

构建标志：-std=c++11 -O3

演示：https://godbolt.org/z/rPNG9o

作为GCC错误提交，基于以下反馈：bug.cgi?id=90883

Answer 1

GCC的维护人员一致认为这是一个错误(错过优化)，并且修复了x86_64的主干(ARM可能稍后修复)：bug.cgi?id=90883

Answer 2

这并不是真正完整的答案，但它可能会给出一个线索。正如我所怀疑的，对于fast和slow来说，它们的含义有细微的不同，这可能会将编译器发送到不同的路径。如果将复制构造函数设置为私有，则可以看到这一点。

https://godbolt.org/z/FMIRe3

#include <array>

class C
{
    std::array<char, 7> a{};

    public:
    C(){}

    private:
    C(const C & c){}
};

// Compiles
C slow()
{
    return {};
}

// Does not compile
C fast()
{
    C c;
    return c;
}

即使使用copy，fast仍然要求复制构造函数在那里，因为slow正在返回一个initialization list，该initialization list由调用方显式构造返回值。它们可能会也可能不会做同样的事情，但我相信编译器必须做一些处理来确定是否是这样的。

有一篇详细的博客文章给出了关于这个主题的一些有趣的背景。

https://akrzemi1.wordpress.com/2018/05/16/rvalues-redefined/

然而，C++17中的行为已经发生了变化。

鉴于

#include <array>

class C
{
    std::array<char, 7> a{};

    public:
    C(){}

    private:
    C(const C & c){}
};

C slow()
{
    return {};
}

C fast()
{
    return C();
}

fast将无法在C++11下编译--它现在在C++17下编译

https://godbolt.org/z/JG2PkD

原因是return C()的含义从返回临时到显式地在调用者的框架中构造对象。

所以现在在C++17中有一个很大的区别

C fast(){
    C c;
    return c;
}

和

C fast(){
    return C();
}

因为在第二个例子中，您甚至不需要一个副本或移动构造函数就可以使用。

https://godbolt.org/z/i2eZnf

绝对不是C++ 101

Answer 3

这两个函数是等价的：返回的对象(更准确地说，是假设调用这些函数的结果对象)是通过使用其默认成员初始化器初始化每个成员来初始化的。

对于slow

• 调用slow的pr值结果是以{}作为初始化器(stmt.return)进行复制初始化的。
• 因此，得到的对象是列表初始化([dcl.init]/17.1)；
• 这导致了聚合-初始化([dcl.init.list]/3.4)

=>，因此调用slow的结果对象的所有成员都使用它们的默认成员初始化器dcl.init.aggr/5.4(http://eel.is/c++draft/dcl.init.aggr#5.4)初始化。

对于fast

• 首先，我们假设复制省略是执行[class.copy.elision]/1.1的。
• 因此函数调用的结果对象是默认初始化的[dcl.init]/12。
• 所以隐式声明默认构造函数被称为[dcl.init]/7.1。
• 此默认构造函数等效于C(){} ([class.default.ctor]/4)。

=>，因此调用slow的结果对象的所有成员都使用它们的默认成员初始化器[class.base.init]/9.1初始化。

这两个函数的结果程序集在功能上等效为。因此，Gcc生产的组件是符合标准的。

在缓慢的情况下，装配只是次优。该对象相应地返回到两个寄存器上的SystemV x86 abi : rax和rdx (edx)。首先，它将C类的对象概念归零到地址为rsp-32的堆栈上。它将a、a、b和b之间的填充字节归零。然后，它将堆栈的这个初始化部分复制到寄存器上。它将堆栈归零的方式只是次优，所有这些操作都等同于fast程序集的2 xor操作。所以这只是一个明显的错误。