为什么不执行“部分 RVO”？答案

【问题标题】：Why is "partial RVO" not performed?为什么不执行“部分 RVO”？
【发布时间】：2019-05-29 09:44:24
【问题描述】：

请看一下这个傻函数，它应该只是说明问题和对真实代码的简化：

struct A;

A create(bool first){
        A f(21), s(42);
        if(first)
           return f;
        else
           return s;
}

我了解，由于不清楚编译期间将返回哪个对象，我们不能期望总是执行返回值优化 (RVO)。

但是，人们可能期望在 50% 的情况下执行 RVO（假设 true/false 由于缺乏进一步信息而均匀分布）：只需决定哪种情况 RVO（first==true 或first==false) 应该被执行并将其应用于此参数值，接受在其他情况下必须调用复制构造函数。

然而，这种“部分 RVO”并非适用于我可以使用的所有编译器（参见 gcc、clang 和 MSVC 的现场直播）——在这两种情况下（即 first==true 或 @987654330 @) 使用了复制构造函数，没有省略。

有什么东西导致上述情况下的“部分 RVO”无效，或者这是所有编译器都错过优化的不太可能的情况？

完整的程序：

#include <iostream>

struct A{
    int val;
    A(int val_):val(val_){}
    A(const A&o):val(o.val){
        std::cout<<"copying: "<<val<<"\n";
    }
};

A create(bool first){
        A f(21), s(42);
        if(first)
           return f;
        else
           return s;
}

int main(){
    std::cout<<"With true: ";
    create(true);
    std::cout<<"With false: ";
    create(false);
}

【问题讨论】：

在这种（不可否认的）简单情况下，一个简单的解决方法是使用 return 语句构建对象“内联”。如if (first) return A(21); else return A(42);
更好的是return A(first ? 21 : 42); ;-)

标签： c++ optimization rvo

【解决方案1】：

让我们考虑一下如果为f 执行 RVO 会发生什么，这意味着它是直接在返回值中构造的。如果 first==true 和 f 被返回，很好，不需要复制。但是如果first==false 则返回s，因此程序将在f 的顶部复制构造s 之前 f 的析构函数已经运行。之后f的析构函数就会运行，现在返回值是一个已经被销毁的无效对象！

如果为 s 完成 RVO，则适用相同的参数，但现在问题发生在 first==true 时。

无论您选择哪一种，在 50% 的情况下会避免复制，而在其他 50% 的情况下会出现未定义的行为！这不是一个理想的优化！

为了完成这项工作，必须更改局部变量的销毁顺序，以便在将s 复制到该内存位置之前销毁f（反之亦然），这是一个非常冒险的事情。破坏顺序是 C++ 的一个基本属性，不应该被摆弄，否则你会破坏 RAII，谁知道还有多少其他假设。

【讨论】：

【解决方案2】：

除了感兴趣地阅读 Jonathan Wakely 的回答之外，我对此的看法是，人们总是可以为返回的对象定义一个移动构造函数。如果由于任何原因无法应用 RVO，这将比复制构造函数更受青睐，并且在我看来这是一个很好的解决方案。

像std::vector 这样的东西定义了这样一个构造函数，所以你可以免费得到它。

【讨论】：