返回对象存储在哪里？

Question

我大致了解函数如何按值返回对象。但我想在较低的层次上理解它。合理的装配水平。

我明白这段代码

ClassA fun(){
    ClassA a;
    a.set(...);
    return a;
}

在内部转换为

void fun(Class& ret){
    ClassA a;
    a.set(...);
    ret.ClassA::ClassA(a);
}

在返回值上有效地调用复制构造函数。

我也知道有一些优化（如 NRVO）可以生成以下代码，避免复制构造函数。

void fun(Class& ret){
    ret.set(...);
}

但是我的问题更基本一些。它实际上与特定的对象无关。它甚至可以是原始类型。

假设我们有这个代码：

int fun(){
   return 0;
}
int main(){
    fun();
}

我的问题是返回对象存储在内存中的什么位置。

如果我们查看堆栈...有main 的堆栈帧，然后是fun 的堆栈帧。返回对象是否存储在某个地址中，例如两个堆栈帧之间？或者它可能存储在main 堆栈帧中的某个位置（并且可能是在生成的代码中通过引用传递的地址）。

我已经考虑过了，第二个似乎更实用但是我不明白编译器如何知道要在main 的堆栈帧中推送多少内存？它是否计算出最大的返回类型并推送它，即使可能会浪费一些内存？还是动态完成，只在调用函数之前分配空间？

Answer 1

C++ 语言规范没有指定这些低级细节。它们由每个 C++ 实现指定，实际实现细节因平台而异。

几乎在每种情况下，一个简单的本机类型的返回值都会在某个指定的 CPU 寄存器中返回。当一个函数返回一个类实例时，细节会有所不同，具体取决于实现。有几种常见的方法，但典型的情况是调用者负责在堆栈上为返回值分配足够的空间，然后调用函数并将附加的隐藏参数传递给函数，函数将在其中复制返回值（或构造它，在 RVO 的情况下）。或者，参数是隐式的，函数可以在调用的堆栈帧之后在堆栈上找到返回值本身的空间。

给定的 C++ 实现也有可能仍然使用 CPU 寄存器来返回小到足以放入单个 CPU 寄存器的类。或者，可能会保留一些 CPU 寄存器用于返回稍大的类。

详细信息各不相同，您需要查阅 C++ 编译器或操作系统的文档，以确定适用于您的具体详细信息。

Answer 2

答案是 ABI 特定的，但通常调用是使用隐藏参数编译的，该参数是指向函数应该使用的内存的指针，就像你说的假设函数编译为

void fun(Class& ret){
    ClassA a;
    a.set(...);
    ret.ClassA::ClassA(a);
}

然后在呼叫站点你会得到类似的东西

Class instance = fun();
fun(instance);

现在这使得调用者在堆栈上保留 sizeof(Class) 字节并将该地址传递给函数，以便 fun 可以“填充”该空间。

这与调用者的堆栈帧为自己的本地人保留空间的方式没有什么不同，唯一的区别是其本地人之一的地址被传递给fun。

请注意，如果sizeof(Class) 小于一个寄存器（或几个寄存器）的大小，则完全有可能直接在其中返回值。

Answer 3

在以下代码中：

int fun()
{
   return 0;
}

返回值存储在寄存器中。在英特尔架构上，这通常是ax（16 位）或eax（32 位）或rax（64 位）。 （历史上称为累加器。）

如果返回值是一个指针或一个对象的引用，它仍然会通过那个寄存器返回。

如果返回值大于机器字，则 ABI（应用程序二进制接口）可能需要使用另一个寄存器来保存高位字。因此，如果您在 16 位架构上返回 32 位数量，则将使用 dx:ax。 （对于更大架构中的更大数量等等。）

较大的返回值通过其他方式传递，例如您已经知道的void fun(Class& ret) 机制。

通过累加器寄存器传递返回值非常有效，而且这是一个有点强的约定，我见过的几乎所有 ABI 都需要它。