詳解C++編譯器優化技術

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前言

註1：vc6、vs沒有提供編譯選項來關閉該優化，無論是debug還是release都會進行RVO和復制省略優化

註2：vc6、vs2005以下及vs2005+ Debug上不支持NRVO優化，vs2005+ Release支持NRVO優化

註3：g++支持這三種優化，並且可通過編譯選項：-fno-elide-constructors來關閉優化

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，上述代碼僅僅隻會調用一次構造函數和析構函數 ，輸出結果如下：

0x7ffe9d1edd0f construct

0x7ffe9d1edd0f destruct

在g++中，加上-fno-elide-constructors選項關閉優化後，輸出結果如下：

0x7ffc46947d4f construct  // 在函數GetA中，調用無參構造函數A()構造出一個臨時變量temp

0x7ffc46947d7f copy construct // 函數GetA return語句處，把臨時變量temp做為參數傳入並調用拷貝構造函數A(const A& cp)將返回值ret構造出來

0x7ffc46947d4f destruct // 函數GetA執行完return語句後，臨時變量temp生命周期結束，調用其析構函數~A()

0x7ffc46947d7e copy construct // 函數GetA調用結束，返回上層main函數後，把返回值變量ret做為參數傳入並調用拷貝構造函數A(const A& cp)將變量A a構造出來

0x7ffc46947d7f destruct // A a = GetA()語句結束後，返回值ret生命周期結束，調用其析構函數~A()

0x7ffc46947d7e destruct // A a要離開作用域，生命周期結束，調用其析構函數~A()

註：臨時變量temp、返回值ret均為匿名變量

下面用c++代碼模擬一下其優化行為：

#include <new>
A& GetA(void* p)
{
    //由於p的內存是從外部傳入的，函數返回後仍然有效，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及以上優化開關）

修改上述代碼，將GetA的實現修改成：

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

在g++、vs2005+ Release中，上述代碼也僅僅隻會調用一次構造函數和析構函數 ，輸出結果如下：

0x7ffe9d1edd0f construct

0x7ffe9d1edd0f destruct

g++加上-fno-elide-constructors選項關閉優化後，和上述結果一樣

0x7ffc46947d4f construct

0x7ffc46947d7f copy construct

0x7ffc46947d4f destruct

0x7ffc46947d7e copy construct

0x7ffc46947d7f destruct

0x7ffc46947d7e destruct

但在vc6、vs2005以下、vs2005+ Debug中，沒有進行NRVO優化，輸出結果為：

18fec4 construct  // 在函數GetA中，調用無參構造函數A()構造出一個臨時變量o

18ff44 copy construct  // 函數GetA return語句處，把臨時變量o做為參數傳入並調用拷貝構造函數A(const A& cp)將返回值ret構造出來

18fec4 destruct  // 函數GetA執行完return語句後，臨時變量o生命周期結束，調用其析構函數~A()

18ff44 destruct // A a要離開作用域，生命周期結束，調用其析構函數~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;
    //由於p的內存是從外部傳入的，函數返回後仍然有效，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;
}

註：與g++、vs2005+ Release相比，vc6、vs2005以下、vs2005+ Debug隻優化掉瞭返回值到變量a的拷貝，命名局部變量o沒有被優化掉，所以最後一共有2次構造和析構的調用

復制省略

典型情況是：調用構造函數進行值類型傳參

void Func(A a) 
{
}

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

    return 0;
}

在g++和vc6、vs中，上述代碼僅僅隻會調用一次構造函數和析構函數 ，輸出結果如下：

0x7ffeb5148d0f construct

0x7ffeb5148d0f destruct

在g++中，加上-fno-elide-constructors選項關閉優化後，輸出結果如下：

0x7ffc53c141ef construct   // 在main函數中，調用無參構造函數構造實參變量o

0x7ffc53c141ee copy construct // 調用Func函數後，將實參變量o做為參數傳入並調用拷貝構造函數A(const A& cp)將形參變量a構造出來

0x7ffc53c141ee destruct // 函數Func執行完後，形參變量a生命周期結束，調用其析構函數~A()

0x7ffc53c141ef destruct // 返回main函數後，實參變量o要離開作用域，生命周期結束，調用其析構函數~A()

下面用c++代碼模擬一下其優化行為：

void Func(const A& a) 
{
}

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

    return 0;
}

優化失效的情況

開啟g++優化，得到以下各種失效情況的輸出結果：

（1）根據不同的條件分支，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

註1：2次缺省構造函數調用：用於構造a1、a2

註2：1次拷貝構造函數調用：用於拷貝構造返回值

註3：這兒仍然用右值引用優化掉瞭一次拷貝函數調用：返回值賦值給a

（2）返回參數變量

（3）返回全局變量

（4）返回復合數據類型中的成員變量

（5）返回值賦值給已構造好的變量（此時會調用operator==賦值運算符）

以上就是詳解C++編譯器優化技術的詳細內容，更多關於C++編譯器優化技術的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

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