快捷導(dǎo)航

詳解C++編譯器優(yōu)化技術(shù)

更新時間：2021年06月07日 09:31:58 作者：可可西

現(xiàn)代編譯器缺省會使用RVO（return value optimization，返回值優(yōu)化）、NRVO（named return value optimization、命名返回值優(yōu)化）和復(fù)制省略（Copy elision）技術(shù)，來減少拷貝次數(shù)來提升代碼的運(yùn)行效率。

前言

注1：vc6、vs沒有提供編譯選項來關(guān)閉該優(yōu)化，無論是debug還是release都會進(jìn)行RVO和復(fù)制省略優(yōu)化

注2：vc6、vs2005以下及vs2005+ Debug上不支持NRVO優(yōu)化，vs2005+ Release支持NRVO優(yōu)化

注3：g++支持這三種優(yōu)化，并且可通過編譯選項：-fno-elide-constructors來關(guān)閉優(yōu)化

RVO

#include <stdio.h>
class A
{
public:
    A()
    {
        printf("%p construct\n", this);
    }
    A(const A& cp)
    {
        printf("%p copy construct\n", this);
    }
    ~A() 
    {
        printf("%p destruct\n", this);
    }
};

A GetA()
{
    return A();
}

int main()
{
    {
        A a = GetA();
    }

    return 0;
}

在g++和vc6、vs中，上述代碼僅僅只會調(diào)用一次構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù) ，輸出結(jié)果如下：

0x7ffe9d1edd0f construct

0x7ffe9d1edd0f destruct

在g++中，加上-fno-elide-constructors選項關(guān)閉優(yōu)化后，輸出結(jié)果如下：

0x7ffc46947d4f construct // 在函數(shù)GetA中，調(diào)用無參構(gòu)造函數(shù)A()構(gòu)造出一個臨時變量temp

0x7ffc46947d7f copy construct // 函數(shù)GetA return語句處，把臨時變量temp做為參數(shù)傳入并調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)A(const A& cp)將返回值ret構(gòu)造出來

0x7ffc46947d4f destruct // 函數(shù)GetA執(zhí)行完return語句后，臨時變量temp生命周期結(jié)束，調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)~A()

0x7ffc46947d7e copy construct // 函數(shù)GetA調(diào)用結(jié)束，返回上層main函數(shù)后，把返回值變量ret做為參數(shù)傳入并調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)A(const A& cp)將變量A a構(gòu)造出來

0x7ffc46947d7f destruct // A a = GetA()語句結(jié)束后，返回值ret生命周期結(jié)束，調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)~A()

0x7ffc46947d7e destruct // A a要離開作用域，生命周期結(jié)束，調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)~A()

注：臨時變量temp、返回值ret均為匿名變量

下面用c++代碼模擬一下其優(yōu)化行為：

#include <new>
A& GetA(void* p)
{
    //由于p的內(nèi)存是從外部傳入的，函數(shù)返回后仍然有效，因此返回值可為A&
    //vs中，以下代碼還可以寫成:
    // A& o = *((A*)p);
    // o.A::A(); 
    // return o;
    return *new (p) A(); // placement new
}

int main()
{
    {
        char buf[sizeof(A)];
        A& a = GetA(buf);
        a.~A();
    }

    return 0;
}

NRVO

g++編譯器、vs2005+ Release（開啟/O2及以上優(yōu)化開關(guān)）

修改上述代碼，將GetA的實現(xiàn)修改成：

A GetA()
{
    A o;
    return o;
}

在g++、vs2005+ Release中，上述代碼也僅僅只會調(diào)用一次構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù) ，輸出結(jié)果如下：

0x7ffe9d1edd0f construct

0x7ffe9d1edd0f destruct

g++加上-fno-elide-constructors選項關(guān)閉優(yōu)化后，和上述結(jié)果一樣

0x7ffc46947d4f construct

0x7ffc46947d7f copy construct

0x7ffc46947d4f destruct

0x7ffc46947d7e copy construct

0x7ffc46947d7f destruct

0x7ffc46947d7e destruct

但在vc6、vs2005以下、vs2005+ Debug中，沒有進(jìn)行NRVO優(yōu)化，輸出結(jié)果為：

18fec4 construct // 在函數(shù)GetA中，調(diào)用無參構(gòu)造函數(shù)A()構(gòu)造出一個臨時變量o

18ff44 copy construct // 函數(shù)GetA return語句處，把臨時變量o做為參數(shù)傳入并調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)A(const A& cp)將返回值ret構(gòu)造出來

18fec4 destruct // 函數(shù)GetA執(zhí)行完return語句后，臨時變量o生命周期結(jié)束，調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)~A()

18ff44 destruct // A a要離開作用域，生命周期結(jié)束，調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)~A()

下面用c++代碼模擬一下vc6、vs2005以下、vs2005+ Debug上的行為：

#include <new>
A& GetA(void* p)
{
    A o;
    //由于p的內(nèi)存是從外部傳入的，函數(shù)返回后仍然有效，因此返回值可為A&
    //vs中，以下代碼還可以寫成:
    // A& t = *((A*)p);
    // t.A::A(o); 
    // return t;
    return *new (p) A(o); // placement new
}

int main()
{
    {
        char buf[sizeof(A)];
        A& a = GetA(buf);
        a.~A();
    }

    return 0;
}

注：與g++、vs2005+ Release相比，vc6、vs2005以下、vs2005+ Debug只優(yōu)化掉了返回值到變量a的拷貝，命名局部變量o沒有被優(yōu)化掉，所以最后一共有2次構(gòu)造和析構(gòu)的調(diào)用

復(fù)制省略

典型情況是：調(diào)用構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行值類型傳參

void Func(A a) 
{
}

int main()
{
    {
        Func(A());
    }

    return 0;
}

在g++和vc6、vs中，上述代碼僅僅只會調(diào)用一次構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù) ，輸出結(jié)果如下：

0x7ffeb5148d0f construct

0x7ffeb5148d0f destruct

在g++中，加上-fno-elide-constructors選項關(guān)閉優(yōu)化后，輸出結(jié)果如下：

0x7ffc53c141ef construct // 在main函數(shù)中，調(diào)用無參構(gòu)造函數(shù)構(gòu)造實參變量o

0x7ffc53c141ee copy construct // 調(diào)用Func函數(shù)后，將實參變量o做為參數(shù)傳入并調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)A(const A& cp)將形參變量a構(gòu)造出來

0x7ffc53c141ee destruct // 函數(shù)Func執(zhí)行完后，形參變量a生命周期結(jié)束，調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)~A()

0x7ffc53c141ef destruct // 返回main函數(shù)后，實參變量o要離開作用域，生命周期結(jié)束，調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)~A()

下面用c++代碼模擬一下其優(yōu)化行為：

void Func(const A& a) 
{
}

int main()
{
    {
        Func(A());
    }

    return 0;
}

優(yōu)化失效的情況

開啟g++優(yōu)化，得到以下各種失效情況的輸出結(jié)果：

（1）根據(jù)不同的條件分支，返回不同變量

A GetA(bool bflag)
{
    A a1, a2;
    if (bflag)
        return a1;
    return a2;
}

int main()
{
    A a = GetA(true);

    return 0;
}

0x7ffc3cca324f construct

0x7ffc3cca324e construct

0x7ffc3cca327f copy construct

0x7ffc3cca324e destruct

0x7ffc3cca324f destruct

0x7ffc3cca327f destruct

注1：2次缺省構(gòu)造函數(shù)調(diào)用：用于構(gòu)造a1、a2

注2：1次拷貝構(gòu)造函數(shù)調(diào)用：用于拷貝構(gòu)造返回值

注3：這兒仍然用右值引用優(yōu)化掉了一次拷貝函數(shù)調(diào)用：返回值賦值給a

（2）返回參數(shù)變量

（3）返回全局變量

（4）返回復(fù)合數(shù)據(jù)類型中的成員變量

（5）返回值賦值給已構(gòu)造好的變量（此時會調(diào)用operator==賦值運(yùn)算符）

以上就是詳解C++編譯器優(yōu)化技術(shù)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于C++編譯器優(yōu)化技術(shù)的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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