为什么三元运算符会阻止返回值优化？

Question

为什么在MSVC中三元运算符会防止返回值优化（RVO）？请考虑以下完整的示例程序：

#include <iostream>

struct Example
{
    Example(int) {}
    Example(Example const &) { std::cout << "copy\n"; }
};

Example FunctionUsingIf(int i)
{
    if (i == 1)
        return Example(1);
    else
        return Example(2);
}

Example FunctionUsingTernaryOperator(int i)
{
    return (i == 1) ? Example(1) : Example(2);
}

int main()
{
    std::cout << "using if:\n";
    Example obj1 = FunctionUsingIf(0);
    std::cout << "using ternary operator:\n";
    Example obj2 = FunctionUsingTernaryOperator(0);
}

< p>使用VC 2013编译的方式如下：cl /nologo /EHsc /Za /W4 /O2 stackoverflow.cpp

输出：

using if:
using ternary operator:
copy

显然，三元运算符会阻止RVO，为什么？为什么编译器不能聪明地看到使用三元运算符的函数和使用if语句的函数执行相同的操作，并进行相应的优化？

- Christian Hackl

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可能是编译器的问题。GCC不会导致复制: http://coliru.stacked-crooked.com/a/ab6969a2cb4b499a - tmaric

我会使用return Example(i == 1 ? 1 : 2);，并怀疑这样做可以实现RVO。 - MSalters

在这种情况下，如果Example有两个构造函数，参数类型不同，那么这将不是一个选项。 - James Kanze

@James：更加奇怪的是，使用 /Od（“禁用优化”）编译得到的结果也是相同的... - Christian Hackl

@JamesKanze：毫不意外。它在return Example(i == 1 ? Example(1) : Example("two"))周围变得有趣。（虽然你不想要，但是可以看看编译器如何处理RVO） - MSalters

Answer 1

看程序输出，我觉得编译器在两种情况下都省略了，为什么？

因为如果没有启用省略，正确的输出应该是：

1. 在函数返回时构造示例对象； 2. 将其复制到临时对象； 3. 将临时对象复制到主函数中定义的对象。

因此，我期望屏幕上至少有2个“copy”输出。确实，如果我使用g++编译并带有-fno-elide-constructor选项执行您的程序，则从每个函数中获得2个复制消息。

有趣的是，如果我使用clang执行相同的操作，则在调用函数FunctionUsingTernaryOperator(0);时会得到3个“copy”消息，我猜这是由于编译器如何实现三元运算符所致。我猜它正在生成一个临时变量来解决三元运算符，并将此临时变量复制到返回语句。

- Amadeus

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如果我用这段代码（使用一些虚拟整数创建temp）替换三元运算符，那么在VC开启优化后输出中就不会有任何“复制”。因此，至少在VC中存在一些差异。原始问题仍然存在。 - Christian Hackl

通过优化，它实际上在编译时解决了三元运算符。运行时代码只是3个对std::cout<<的调用。如果发生了@ChristianHackl正在寻找的省略，则只会有2个对std::cout<<的调用。 - jliv902

Answer 2

这个相关问题包含了答案。

标准规定在哪些情况下可以允许拷贝或移动构造函数被省略，如在返回语句中：(12.8.31)

• 在带有类返回类型的函数的返回语句中, 当表达式是与函数返回类型同种非易失自动对象(除了函数或catch子句参数)的名称时，通过直接构造自动对象到函数的返回值中来省略复制/移动操作。
• 当一个未被绑定到引用的临时类对象(12.2)将被拷贝/移动到具有相同cv-unqualified类型的类对象时，通过将临时对象直接构造到省略的复制/移动目标中来省略复制/移动操作。

因此，基本上仅在以下情况下发生拷贝省略：

1. 返回命名对象。
2. 返回临时对象

如果您的表达式既不是命名对象也不是临时对象，则会退回到复制。

一些有趣的行为:

• return (name);不会防止复制省略(参见此问题)
• return true?name:name;应该防止复制省略，但至少在gcc 4.6上是错误的(cf.这个问题)

编辑:

我保留了原来的答案，但Christian Hackl在他的评论中是正确的，它没有回答问题。

就规则而言，例子中的三元运算符产生了一个临时对象，因此12.8.31允许省略复制/移动。因此从C ++语言的角度来看。编译器完全可以在从FunctionUsingTernaryOperator返回时省略拷贝。

现在显然没有进行省略。我想唯一的原因是Visual Studio编译器团队尚未实现它。并且因为理论上他们可以，在将来的版本中他们可能会这样做。

- Arnaud

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这可能只是另一种情况，我意识到我的C ++理解有多么有限，但我认为一个命名对象只是临时对象（=无名对象）的相反。更确切地说，我认为我的代码示例中的三元运算符将产生一个临时对象，因为它没有名称。如果你所说的是正确的，那么其他未命名但非临时对象的示例是什么？（顺便说一句，我认为你在引用旧的C ++标准; 在C ++11中，措辞和段落编号有些改变。） - Christian Hackl

@ChristianHackl 我编辑了我的回答，考虑到了你的评论。 - Arnaud

@ChristianHackl 我正在使用标准的N3337版本。这是C++11标准发布后的第一个版本，基本上是对官方标准中的错字进行了修正。你在使用哪个版本？ - Arnaud

你赢了，我这里只有一个草稿版本，显然比你引用的要旧。 - Christian Hackl

Answer 3

我可以看出它违反了RVO的一个通用规则 - 返回对象应该在单个位置定义。

下面的代码片段符合该规则：

Example e;
e = (i == 1)? Example{1} : Example{2};
return e;

但是在原始表达式中，根据MSVC的解析，两个Example对象在两个不同的位置被定义：

return (i == 1) ? Example(1) : Example(2);

尽管将这两个代码片段之间的转换对于人类来说非常简单，但我可以想象，在没有专门的实现的情况下，编译器不会自动进行转换。换句话说，这是一个技术上可通过返回值优化（RVO）处理的特殊情况，但开发人员并没有意识到。

- Dean