C++ 以最佳方式返回复制的值

我很惊讶地看到Jonathan Wakely在libstdc++中引入了以下优化：并尝试对其进行研究

对于任何非平凡类，给定concat函数的两个实现，令人惊讶的是，只有第一个是最优的（一个副本c-tor和一个运算符+=调用）。其他人需要额外的复制/移动c-tor呼叫-您可以在godbolt.org上进行验证

为什么呢？我假设所有这些实现都将使用-O2生成相同的代码

语言规范是否规定了此类行为（如果是，为什么？），或者这是一个QoI问题

这是所有版本和语言版本上GCC和Clang之间的一致行为

void extern_copy();
void extern_move();
void extern_plus_assign();

struct myclass
{
    myclass(const myclass&)
    {
        extern_copy();
    }
    myclass(myclass&&)
    {
        extern_move();
    }
    myclass& operator+=(const myclass&)
    {
        extern_plus_assign();
        return *this;
    }
};

myclass concat(const myclass& lhs, const myclass& rhs)
{
    myclass copy(lhs);
    copy += rhs;
    return copy;
}


myclass concat2(const myclass& lhs, const myclass& rhs)
{
    myclass copy(lhs);
    return copy += rhs;
}

myclass concat3(const myclass& lhs, const myclass& rhs)
{
    return myclass(lhs) += rhs;
}

static myclass concat4impl(myclass lhs, const myclass& rhs)
{
    return lhs += rhs;
}

myclass concat4(const myclass& lhs, const myclass& rhs)
{
    return concat4impl(lhs, rhs);
}


static myclass concat5impl(myclass lhs, const myclass& rhs)
{
    lhs += rhs;
    return lhs;
}

myclass concat5(const myclass& lhs, const myclass& rhs)
{
    return concat5impl(lhs, rhs);
}

更新：修改代码以排除以下运算符+=”实现的问题：

myclass& myclass::operator+=(myclass const& v) {
  static myclass weird;
  return weird;
}

考虑这一点：

myclass& myclass::operator+=(myclass const& v) {
  static myclass weird;
  return weird;
}

这完全合法

您的推理基于我们认为理所当然的一点：+=运算符将始终返回

*this

编译器不允许做出这种假设

在

concat（）

中，这无关紧要，因为我们强制

concat（）

的返回值为+=操作的

myclass

的实例。在所有其他情况下，编译器必须假设情况更糟，除非它可以保证+=返回<代码> *< < /> > .< /p> 复制删除（RVO，NRVO，和一个特殊的初始化情况）是一个非常特殊的优化：它是C++中唯一没有被AS-IF规则覆盖的优化。对于每一次其他优化，编译器只需以一种不改变可观察行为、只改变性能的方式修改程序。但是RVO可以改变可观察的行为，因为省略的复制构造函数和析构函数调用（如输出）中的副作用会丢失。这就是为什么标准中有一个特殊的许可证，允许编译器在非常特定的情况下执行此优化

具体来说，RVO仅在返回值为prvalue时适用，NRVO仅在返回表达式引用局部变量时适用

语句

returncopy+=rhs中的返回表达式两者都不是。它并不是简单地引用局部变量（它是一个复合赋值表达式，而不是id表达式），返回值也不是prvalue（您的
+=
重载返回一个左值引用，使该值成为左值；如果运算符按值返回，这将是不同的，但否则将非常不规则）

您可能认为编译器可以内联运算符并发现它是同一个对象，但在此级别上没有授予执行此优化的权限。
我记得最近观看的一次演讲中，在
return语句中需要复制省略
语句

是局部变量的名称，您可以通过键入

return（x）来阻止它

而不是

返回x。不幸的是，我记不起是哪一次谈话了，我也不能给出任何其他好的参考。我想是这一次：不，不是这一次。如果将myclass更改为以下，则会得到相同的行为：`void extern_copy（）；无效外部移动（）；无效外部加上赋值（）；结构myclass{myclass（）；myclass（const myclass&）{extern_copy（）；}myclass（myclass&）{extern_move（）；}myclass&operator=（const myclass&）；myclass&operator=（myclass&）；myclass&operator+=（const myclass&）{extern_plus_assign（）；返回*this；}`@Maciejcancora啊，我很惊讶编译器没能解决这个问题。潜在的问题仍然是引用不是prvalues保持不变。是否要详细说明“引用不是prvalues”问题？在CutAT5函数<代码> CutAT5IMPL（LHS，RHS）< /Cord>表达式为PROVALL（右？），如果我正确理解，这个行为由C++标准强制执行。您是否看到RVO/NRVO规则无法扩展到上述情况的原因？（返回copy+=rhs），这将需要进行跨函数分析，并对单独的编译和可能的编译时间造成严重破坏。我不明白为什么它会像您所说的那样有问题。如果编译器有可用的函数定义，那么它们已经执行了跨函数分析（例如内联），并且由于RVO/NRVO已经是可选的，所以当函数定义不可用时，它们就不能执行此优化。@MaciejConcora它们这样做是为了优化，而不是为了语言规则。从C++17开始，复制省略是强制性的。不，编译器现在不/不能执行这种优化，因为它们不允许按语言规则进行优化（优化不能改变可观察的行为，RVO/NRVO是该规则的例外）。当表达式
返回copy+=rhs时，C++17不改变任何内容。