C++ 函数返回值优化

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

------

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();

------

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。

------

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。

------

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。

------ 

拷贝返回的话，共调用了1次构造函数，2次拷贝构造函数：

1. 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。

2. 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。

------ 

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。

------

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。

------

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。

---------

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：

• 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。

• 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。

------

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。

------

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。

------

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。

------

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。

------