本篇內(nèi)容主要講解“C++中的RVO舉例分析”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實用性強。下面就讓小編來帶大家學習“C++中的RVO舉例分析”吧!

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前言

考慮存在這樣一個類如HeavyObject，其拷貝賦值操作比較耗時，通常你在使用函數(shù)返回這個類的一個對象時會習慣使用哪一種方式？或者會根據(jù)具體場景選擇某一種方式？

// style 1
HeavyObject func(Args param);

// style 2
bool func(HeavyObject* ptr, Args param);

上面的兩種方式都能達到同樣的目的，但直觀上的使用體驗的差別也是非常明顯的：

style 1只需要一行代碼，而style 2需要兩行代碼

// style 1
HeavyObject obj = func(params);

// style 2
HeavyObject obj;
func(&obj, params);

但是，能達到同樣的目的，消耗的成本卻未必是一樣的，這取決于多個因素，比如編譯器支持的特性、C++語言標準的規(guī)范強制性、多團隊多環(huán)境開發(fā)等等。

看起來style 2雖然使用時需要寫兩行代碼，但函數(shù)內(nèi)部的成本卻是確定的，只會取決于你當前的編譯器，外部即使采用不同的編譯器進行函數(shù)調(diào)用，也并不會有多余的時間開銷和穩(wěn)定性問題。比如func內(nèi)部使用clang+libc++編譯，外部調(diào)用的編譯環(huán)境為gcc+gnustl或者vc++，除了函數(shù)調(diào)用開銷，不用擔心其它性能開銷以及由于編譯環(huán)境不同會崩潰問題。

因此這里我主要剖析一下style 1背后開發(fā)者需要關(guān)注的點。

RVO

RVO是Return Value Optimization的縮寫，即返回值優(yōu)化，NRVO就是具名的返回值優(yōu)化，為RVO的一個變種，此特性從C++11開始支持，也就是說C++98、C++03都是沒有將此優(yōu)化特性寫到標準中的，不過少量編譯器在開發(fā)過程中也會支持RVO優(yōu)化（如IBM Compiler？），比如微軟是從Visual Studio 2010才開始支持的。

仍然以上述的HeavyObject類為例，為了更清晰的了解編譯器的行為，這里實現(xiàn)了構(gòu)造/析構(gòu)及拷貝構(gòu)造、賦值操作、右值構(gòu)造函數(shù)，如下

class HeavyObject
{
public:
    HeavyObject() { cout << "Constructor\n"; }
    ~HeavyObject() { cout << "Destructor\n"; }
    HeavyObject(HeavyObject const&) { cout << "Copy Constructor\n"; }
    HeavyObject& operator=(HeavyObject const&) { cout << "Assignment Operator\n"; return *this; }
    HeavyObject(HeavyObject&&) { cout << "Move Constructor\n"; }
private:
    // many members omitted...
};

編譯環(huán)境：
AppleClang 10.0.1.10010046

* 第一種使用方式

HeavyObject func()
{
    return HeavyObject();
}

// call
HeavyObject o = func();

按照以往對C++的理解，HeavyObject類的構(gòu)造析構(gòu)順序應該為

Constructor

Copy Constructor
Destructor
Destructor

但是實際運行后的輸出結(jié)果卻為

Constructor

Destructor

實際運行中少了一次拷貝構(gòu)造和析構(gòu)的開銷，編譯器幫助我們作了優(yōu)化。

于是我反匯編了一下：

0000000100000f60 <__Z4funcv>:
   100000f60:    55                       push   %rbp
   100000f61:    48 89 e5                 mov    %rsp,%rbp
   100000f64:    48 83 ec 10              sub    $0x10,%rsp
   100000f68:    48 89 f8                 mov    %rdi,%rax
   100000f6b:    48 89 45 f8              mov    %rax,-0x8(%rbp)
   100000f6f:    e8 0c 00 00 00           callq  100000f80 <__ZN11HeavyObjectC1Ev>
   100000f74:    48 8b 45 f8              mov    -0x8(%rbp),%rax
   100000f78:    48 83 c4 10              add    $0x10,%rsp
   100000f7c:    5d                       pop    %rbp
   100000f7d:    c3                       retq   
   100000f7e:    66 90                    xchg   %ax,%ax

上述匯編代碼中的__Z4funcv即func()函數(shù)，__ZN11HeavyObjectC1Ev即HeavyObject::HeavyObject()。
不同編譯器的C++修飾規(guī)則略有不同。

實際上這里就是先創(chuàng)建外部的對象，再將外部對象的地址作為參數(shù)傳給函數(shù)func，類似style 2方式。

* 第二種使用方式

HeavyObject func()
{
    HeavyObject o;
    return o;
}

// call
HeavyObject o = func();

運行上述調(diào)用代碼的結(jié)果為

Constructor

Destructor

與第一種使用方式的結(jié)果相同，這里編譯器實際做了NRVO，來看一下反匯編

0000000100000f40 <__Z4funcv>: // func()
   100000f40:    55                       push   %rbp
   100000f41:    48 89 e5                 mov    %rsp,%rbp
   100000f44:    48 83 ec 20              sub    $0x20,%rsp
   100000f48:    48 89 f8                 mov    %rdi,%rax
   100000f4b:    c6 45 ff 00              movb   $0x0,-0x1(%rbp)
   100000f4f:    48 89 7d f0              mov    %rdi,-0x10(%rbp)
   100000f53:    48 89 45 e8              mov    %rax,-0x18(%rbp)
   100000f57:    e8 24 00 00 00           callq  100000f80 <__ZN11HeavyObjectC1Ev> // HeavyObject::HeavyObject()
   100000f5c:    c6 45 ff 01              movb   $0x1,-0x1(%rbp)
   100000f60:    f6 45 ff 01              testb  $0x1,-0x1(%rbp)
   100000f64:    0f 85 09 00 00 00        jne    100000f73 <__Z4funcv+0x33>
   100000f6a:    48 8b 7d f0              mov    -0x10(%rbp),%rdi
   100000f6e:    e8 2d 00 00 00           callq  100000fa0 <__ZN11HeavyObjectD1Ev> // HeavyObject::~HeavyObject()
   100000f73:    48 8b 45 e8              mov    -0x18(%rbp),%rax
   100000f77:    48 83 c4 20              add    $0x20,%rsp
   100000f7b:    5d                       pop    %rbp
   100000f7c:    c3                       retq   
   100000f7d:    0f 1f 00                 nopl   (%rax)

從上面的匯編代碼可以看到返回一個具名的本地對象時，編譯器優(yōu)化操作如第一種使用方式一樣直接在外部對象的指針上執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)，只是如果構(gòu)造失敗時還會再調(diào)用析構(gòu)函數(shù)。

以上兩種使用方式編譯器所做的優(yōu)化非常相近，兩種方式的共同點都是返回本地的一個對象，那么當本地存在多個對象且需要根據(jù)條件選擇返回某個對象時結(jié)果會是如何呢？

* 第三種使用方式

HeavyObject dummy(int index)
{
    HeavyObject o[2];
    return o[index];
}

// call
HeavyObject o = dummy(1);

運行后的結(jié)果為

Constructor

Constructor
Copy Constructor
Destructor
Destructor
Destructor

從運行的結(jié)果可以看到?jīng)]有做RVO優(yōu)化，此時調(diào)用了拷貝構(gòu)造函數(shù)。

從上述三種實現(xiàn)方式可以看到，如果你的函數(shù)實現(xiàn)功能比較單一，比如只會對一個對象進行操作并返回時，編譯器會進行RVO優(yōu)化；如果函數(shù)實現(xiàn)比較復雜，可能會涉及操作多個對象并不確定返回哪個對象時，編譯器將不做RVO優(yōu)化，此時函數(shù)返回時會調(diào)用類的拷貝構(gòu)造函數(shù)。

但是，當只存在一個本地對象時，編譯器一定會做RVO優(yōu)化嗎？

* 第四種使用方式

HeavyObject func()
{
    return std::move(HeavyObject());
}

// call
HeavyObject o = func();

實際運行輸出的結(jié)果是

Constructor

Move Constructor
Destructor
Destructor

上述的函數(shù)實現(xiàn)直接返回臨時對象的右值引用，從實際的運行結(jié)果來看調(diào)用了Move構(gòu)造函數(shù)，與第一種使用方式運行的結(jié)果明顯不同，并不是我期望的只調(diào)用一次構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)，也就是說編譯器沒有做RVO。

* 第五種使用方式

HeavyObject func()
{
    HeavyObject o;
    return static_cast(o);
}

// call
HeavyObject o = func();

實際運行輸出的結(jié)果是

Constructor

Copy Constructor
Destructor
Destructor

上述的函數(shù)實現(xiàn)直接返回本地對象的引用，實際運行結(jié)果仍然調(diào)用了拷貝構(gòu)造函數(shù)，并不是期望的只調(diào)用一次構(gòu)造和析構(gòu)函數(shù)，也就是說編譯器并沒有做RVO。

到此，相信大家對“C++中的RVO舉例分析”有了更深的了解，不妨來實際操作一番吧！這里是創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，更多相關(guān)內(nèi)容可以進入相關(guān)頻道進行查詢，關(guān)注我們，繼續(xù)學習！