C++ 返回值优化详解 RVO与NRVO

系统管理员 2023-02-19 09:26 7阅读 0赞

### 先举一个简化的类，该类只有一个private成员，并且有无参构造函数、有参构造函数、拷贝构造函数、移动构造函数、析构函数 ###

//Str.h
    class Str
    {
        
    private:
    	int size;
    public:
    	Str() {
         cout << "调用无参构造函数"; }
    	Str(int n) :size(n) {
         cout << "调用有参构造函数"; }
    	Str(const Str& s) :size(s.size) {
         cout << "调用拷贝构造函数"; }
    	Str(Str&& ss) :size(ss.size)noexcept {
         cout << "调用移动构造函数"; }
    	~Str()
    	{
        
    		cout << "调用析构函数";
    	}
    
    };

# 1.RVO（Return Value Optimization） #

*  是编译器的一种优化机制，目的是消除为了保存函数返回值而产生的临时对象

假设现在有这样一个main.cpp

#include "Str.h"
    
    Str get_object()
    {
        
    	Str object(3);
    	return object;
    }
    int main()
    {
        
    	Str target=get_object();
    	return 0;
    }

那么运行这个程序，理论上会

## 调用一次有参构造函数(构造局部对象object)，并且会调用两次移动构造函数(如果没有定义移动构造函数，则是两次拷贝构造函数)，分别是： ##

## ①在get\_object()函数返回的时候，用局部对象object去初始化一个临时对象 ##

## ②在main函数中，用这个临时对象初始化target ##

## 并且会调用三次析构函数，一是析构局部对象，二是析构临时对象，三是析构对象target ##

(关于拷贝构造函数的调用时机，请看：[构造函数][Link 1])

输出应该如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzMzNTM5Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
但是在vs2015中运行，结果却是：竟然少了一次构造和析构  
![在这里插入图片描述][20200619214543969.png]  
**这就是编译器进行了返回值优化，实际上编译器将get\_object()函数优化成**

void get_object(Str& temp)
    {
        
    	Str object(3);//构造局部对象
    	temp.Str::Str(object);//调用移动构造函数,因为形参是一个局部变量
    	return;
    }
    int main()
    {
        
    	//Str target;
    	get_object(target);//将要构造的对象作为形参，传引用给优化后的函数
    	return 0;
    }

**观察发现，优化后get\_object()返回值为void，并且多一个参数，是对应类的引用；然后main函数中直接传要构造对象的引用。经过这种转换，去除了临时对象的构造，即少了一次移动构造函数和析构函数**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzMzNTM5Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
(因为局部对象要在target构造完成后，才能析构，所以执行顺序与前面理论上的略有不同)

# 2.NRVO(Named Return Value Optimization) #

*  是一种比RVO更进一步的优化技术，同样目的是消除为了保存函数返回值而产生的临时对象

编译器将函数优化为：

void get_object(Str& temp)
    {
        
    	//直接替换局部对象，并且用局部对象的参数来构造target
    	temp.Str::Str(3);  //无Str object(3);
    	return;
    }
    int main()
    {
        
    	//Str target;
    	get_object(target);//将要构造的对象作为形参，传引用给优化后的函数
    	return 0;
    }

**显然，直接将要初始化的对象替代掉局部对象进行操作，这种情况下只需一次有参构造和析构！！！！**  
![在这里插入图片描述][20200619222154154.png]  
在linux中使用g++ 4.8编译即得上述结果，因为g++默认使用NROV，在vs项目设置中调整优化程度也能达到一样的效果，如果关闭g++的优化(使用参数 -fno-elide-constructors)就会得到文中开头理论的结果：  
![在这里插入图片描述][20200619222822252.png]

另外，如果get\_object()函数为

Str get_object()
    {
        
    	return Str(3);
    }
    int main()
    {
        
    	Str target=get_object();
    	return 0;
    }

同样会进行类似NRVO的操作

void get_object(Str& temp)
    {
        
    	temp.Str::Str(3); 
    	return;
    }
    int main()
    {
        
    	//Str target;
    	get_object(target);//将要构造的对象作为形参，传引用给优化后的函数
    	return 0;
    }

总结：  
**NRVO比RVO优化得更狠，也更有效。特别是当函数是在返回值中构造对象的时候，如`return Str();`比起`{Str object(3); return obj};`虽然在调用(移动)构造函数没有效率上的区别，都是用NROV(ROV)。但是如果是调用(移动)赋值运算符，如`{Str target; target=get_object();}`此时ROV就会失效，只能使用NROV**

[Link 1]: https://blog.csdn.net/weixin_43335392/article/details/104536844
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