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本文中部分内容来自下面的文章,还有一部分来自智谱清言
C++ 返回值优化_c++ 局部变量返回优化-CSDN博客
elision:省略
copy elision:拷贝省略
RVO (Return Value Optimization):返回值优化
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我最近也遇到了上面博文中说到的问题:
观察这段代码:
std::vector<int> f() {std::vector<int> v;// do some thing with vreturn v;
}std::vector<int> test = f();
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在C++中,当返回一个局部对象时,会发生以下事情:
拷贝返回:默认情况下,返回局部对象时,会通过拷贝构造函数创建返回值的副本。
这意味着在函数返回后,局部对象被销毁,但是它的副本会被用来初始化调用处的变量。
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在这个例子中,返回局部对象v时,会通过拷贝构造函数创建返回值的副本[假设是temp]。
这意味着在函数返回后,局部对象 v
被销毁,但是它的副本temp会被用来初始化调用处的变量test。
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移动语义(C++11及以后版本):
如果编译器支持返回值优化(RVO,Return Value Optimization)或者具名返回值优化(NRVO,Named Return Value Optimization),那么在返回 v
时,编译器可能会直接在调用者作用域构造 test
,从而避免了额外的拷贝。
如果 std::vector<int>
支持移动构造函数,编译器还可能会使用移动语义,这意味着 v
的资源(如动态分配的内存)会被移动到 test
中,而不是复制,从而提高效率。
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拷贝返回的话,共调用了1次构造函数,2次拷贝构造函数:
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一次构造函数调用:在函数
f()
内部,std::vector<int> v;
这行代码会调用std::vector<int>
的默认构造函数来创建局部对象v
。 -
两次拷贝构造函数调用:
- 第一次是在
return v;
语句执行时,这时会创建一个v
的副本,用于返回给函数的调用者。 - 第二次是在函数外部接收返回值时,即
std::vector<int> test = f();
这行代码,这里test
通过拷贝构造函数使用f()
返回的v
的副本[假设是temp]来初始化。
- 第一次是在
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值得注意的是,现代C++编译器通常会应用返回值优化(RVO)或具名返回值优化(NRVO),在这种情况下,编译器可能会优化掉不必要的拷贝。
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如果编译器能够应用这种优化,那么实际上可能只会有一次构造函数调用,即使是在返回局部对象时。在这种情况下,编译器会在调用者作用域直接构造 test
,而不是在函数内部创建一个副本[假设是temp]然后拷贝它。
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例如,如果编译器应用了RVO/NRVO,那么上面的代码在优化后的汇编代码中,可能会直接在 test
的位置构造 std::vector<int>
,从而避免了额外的拷贝。
如果 std::vector<int>
支持移动语义(在C++11及以后版本中),编译器还可能会使用移动构造函数来进一步提高效率。
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对于上面的例子,通过返回值优化(RVO)或具名返回值优化(NRVO),编译器可以省略掉两次不必要的拷贝构造函数调用,只会调用一次构造函数。
具体来说:
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RVO(Return Value Optimization):当编译器检测到函数返回的是一个局部对象,并且该局部对象是直接返回的(没有经过任何中间步骤),编译器可能会直接在调用者的栈上构造这个对象,而不是在函数内部构造然后再拷贝。
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NRVO(Named Return Value Optimization):这是RVO的一种特殊情况,当返回的局部对象有名字时,编译器可能会使用NRVO。
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对于上面的示例,我猜:会使用NRVO:
编译器检测到函数返回的是局部对象v,并且该局部对象是直接返回的(没有经过任何中间步骤),编译器会直接在调用者的栈上构造对象test,而不是在函数内部构造v然后再拷贝到temp,再拷贝到test。
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如果没有应用RVO/NRVO,但编译器支持移动语义(C++11及以后版本),
并且 std::vector<int>
支持移动构造函数,那么编译器可能会使用移动构造函数来代替拷贝构造函数,这样仍然可以避免拷贝,但会调用一次移动构造函数。在这种情况下,总共会有一次构造函数调用和一次移动构造函数调用。
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移动构造函数在何时被调用?
当对象即将被销毁,并且其资源可以被移动到另一个对象时:
在函数 f()
返回局部对象 v
时,局部对象 v
将要离开其作用域并被销毁。
如果此时 v
的资源(如动态分配的内存)可以被移动而不是复制,那么编译器会调用移动构造函数来将 v
的资源移动到将要接收返回值的对象test中。
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总结:
- 如果编译器应用了RVO/NRVO:总共一次构造函数调用。
- 如果编译器没有应用RVO/NRVO,但使用了移动语义:总共一次构造函数调用和一次移动构造函数调用。
- 如果编译器既没有应用RVO/NRVO,也没有使用移动语义:总共一次构造函数调用和两次拷贝构造函数调用。不过,在现代编译器中,这种情况不太可能发生,因为它们通常会利用RVO/NRVO或移动语义来优化代码。
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