C++中的RVO与NVR优化

浅浅的花香味﹌ 2022-05-16 06:38 29阅读 0赞

# 1 概念 #

RVO技术（return value optimization，匿名返回值优化）

NRVO技术(Named Return Value Optimization，具名返回值优化)

关键：

(1) 语义上，函数调用结束，返回值会通过拷贝构造一个临时匿名对象传出来（因为函数体中的都是局部变量，return后的对象调用完成都超过作用域，不存在了）。

(2) 若是直接对象定义，剔除初始化（对象的创建可以分为两步先定义分配空间，然后初始化），便不会产生那个临时的对象，省掉一次构造函数和析构函数的调用。即对应的语句 X xs = func()，若return之后的是一个右值匿名对象，可以看到编译器可以做进一步的优化，实际并不会构造这么一个右值，而是直接给 xs 定义并剔除初始化。

# 2 RVO（Return Value Optimization） #

返回值优化，简称RVO，是编译器的一项优化技术，它涉及（功能是）消除为保存函数返回值而创建的临时对象。

也即是说RVO的功能是消除函数返回时创建的临时对象。如下例，

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    class X
    {
    public:
    	X()
        {
            std::cout << "construct" << std::endl;
        }
        
    	X(const X & x)
        {
            std::cout << "copy" << std::endl;
        }
    };
     
    X func()
    {
    	X x;
    	return x;
    }
     
    int main()
    {
    	X xs = func();
    }

按照《C++ primer 》第四版第214页所说：“如果返回类型不是引用，在调用函数的地方会将函数返回值复制给临时对象”。也就是说，此时会调用一个构造函数，两次复制构造函数。分别是：

(1) 构造函数：func()函数中局部对象的构造

(2) 第一次拷贝构造函数：在函数的调用地方，将函数返回值 x 复制给临时对象temp

(3) 第二次拷贝构造函数：将临时对象 temp 的值复制给对象 xs

RVO的功能即是需要消除此时的 temp 对象的生成。在《深度探索C++对象模型》第64页说了编译器对非引用类型的对象编译器的处理方式（编译器优化）。此时编译器会将返回值函数的原型进行调整，提供一个接口，即将上述调用与函数转换为如下：

void func(X & result)
    {
    	X x;
            result.X::X(x);  //复制构造函数
    	return;
    }
     
    int main()
    {
    	X xs;     //仅定义不构造
    	func(xs);
    }

经过这种转换后，编译器将只调用一次构造函数和一次复制构造函数。操作是：直接将需要赋值的对象作为引用传入函数中，并在函数返回前，给该对象进行构造。

1）构造函数：func()函数中局部对象的构造

2）复制构造函数：在 func() 返回前用局部对象 x 的值来复制构造传入的 xs 对象（引用对象）

此时可以很明显看出通过该方法，消除了为保存返回值而创建的临时对象，因为此时函数根本没有返回值（返回类型变为 void）。根据维基百科对 RVO 的定义，此时这种编译器优化方式就属于 RVO 了。

在 G++ 上编译时关闭 RVO ，即，使用指令“g++ -o rvo\_test rvo\_test.cc \-fno-elide-constructors”，此时原始代码将调用一次构造函数，两次复制构造函数，符合上述描述。

# 3.NRVO(Named Return Value Optimization) #

NRVO是另一种优化技术，也消除了返回值产生的临时对象，根据维基百科的定义，也属于 RVO 的一种技术。其具体操作如下例，将上述代码优化为：

void func(X & result)      // void func()         //修改了函数原型
    {                          //{  
    	X result;          //     X x;           //使用result直接替换返回对象x 进行操作
    	return;            //     return x
    }                          // }
     
    int main()
    {
    	X xs;     //仅定义不构造
    	func(xs);
    }

如上的例子中，NRVO的优化比RVO 的优化更进一步，直接将要初始化的对象替代掉返回的局部对象进行操作。可以看出，进行NRVO 的优化后，此时整个函数将会只调用一次构造函数。

(1) 构造函数：构造传入的引用对象

在 G++ 中，如果不设置关闭 RVO，则g++将会执行RVO，在g++编译器上运行原始函数，将会仅调用一次构造函数。

# 4 大家口中的RVO #

先前造成我困惑的原因大部分是因为网上大家说的RVO，在网上大部分的人认为RVO 是针对如下函数形式：

X func()
    {
    	return X();
    }
     
    int main()
    {
    	X xs = func();
    }

即返回的非引用对象是一个临时对象，此时将会同样进行上述类似NRVO 的优化，只是此时引用对象将不用替换任何局部变量，直接用构造临时对象的参数来构造引用对象。即优化为如下形式：

void func(X & result)
    {
            result.X::X();  //用构造临时对象的参数构造引用对象
    	return;
    }
     
    int main()
    {
    	X xs;     //仅定义不构造
    	func(xs);
    }

此时的RVO 是 对应 NRVO而言的，即认为 RVO 是NRVO中优化的对象并没有 Named ，是一个临时对象。但是按照维基百科的定义，这种优化方式应该只是 RVO 的一种。而不是说这个优化就是 RVO了。网上大家认为的RVO 与 NRVO 事实上应该是没有什么关系的，是两种RVO 的方式，前者的方式是使用临时对象的构造参数用来构造引用对象；后者的方式是用引用对象替换返回对象进行操作。

总结：

(1) RVO 是一项编译器优化技术，这种技术将消除返回非引用对象在调用处创建的临时对象。

(2) 上述说的第一种编译器优化方法，NRVO，网上大家说的RVO，这三种技术其实都属于 RVO技术。

**本文转自：**

**[https://blog.csdn.net/Virtual\_Func/article/details/48709617][https_blog.csdn.net_Virtual_Func_article_details_48709617]**

[https_blog.csdn.net_Virtual_Func_article_details_48709617]: https://blog.csdn.net/Virtual_Func/article/details/48709617