C++11编译器何时能使RVO和NRVO优于移动语义和常量引用绑定？

Question

考虑当从函数中返回启用了移动语义的“整个”对象时，例如 std::basic_string<>:

std::wstring build_report() const
{
    std::wstring report;
    ...

    return report;
}

那么，我是否实际上可以期望做出“最佳”选择，使用具有移动语义的返回字符串，如下所示：

const std::wstring report(std::move(build_report()));

还是我应该依赖 (N)RVO 来发生

const std::wstring report(build_report());

甚至可以使用const引用将临时对象绑定到

const std::wstring& report(build_report());

有没有一种方案可以确定性地选择这些选项？请注意，上面使用的std::wstring只是启用了移动语义类型的示例。它同样可以用你的arbitrary_large_structure进行交换。我检查了在VS 2010中运行速度优化的发布版本时生成的汇编代码。

std::wstring build_report(const std::wstring& title, const std::wstring& content)
{
    std::wstring report;
    report.append(title);
    report.append(content);

    return report;
}

const std::wstring title1(L"title1");
const std::wstring content1(L"content1");

const std::wstring title2(L"title2");
const std::wstring content2(L"content2");

const std::wstring title3(L"title3");
const std::wstring content3(L"content3");

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    const std::wstring  report1(std::move(build_report(title1, content1)));
    const std::wstring  report2(build_report(title2, content2));
    const std::wstring& report3(build_report(title3, content3));

    ...

    return 0;
}

最有趣的两个结果：

• 显式调用 std::move 以使用移动构造函数来三倍增加指令计数。
• 正如 James McNellis 在下面他的回答中所述，report2 和 report3 的生成汇编确实与显式调用 std::move 相比少了三倍的指令。

- Johann Gerell

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我认为调用move没有被内联和消除真的很奇怪。 - James McNellis

@James：是的，特别是在Kerrek SB的评论中提到STL说RVO发生在任何其他事情之前的情况下。（https://dev59.com/Ymw15IYBdhLWcg3wkMnz#6533181）你不会恰好就在STL附近，可以走过去问问他吗？;-) - Johann Gerell

可能是C++0x右值和移动语义混淆的重复问题。 - Howard Hinnant

@Howard：虽然你对那个问题的回答非常好，但我认为这个问题涉及到更深层次的问题。 - Johann Gerell

是的，我确实花了相当多的时间在他工作的大楼里 :-) 不过我还没有真正见过STL先生本人。不过我会跟进为什么这里没有内联std::move的问题；我确实觉得这很令人困惑。我将度假到下周末结束，所以需要几周时间才能回复您。 - James McNellis

Answer 1

std::move(build_report()) 是完全不必要的: build_report() 已经是一个右值表达式 (它是通过值返回对象的函数的调用)，因此如果有移动构造函数，将会使用 std::wstring 的移动构造函数 (实际上已经有了)。

另外，当你返回一个局部变量时，如果它是具有移动构造函数的类型，它就会被移动，所以不会进行任何拷贝。

声明 report 为对象或常量引用应该没有任何功能上的区别；在两种情况下，您最终都会得到一个对象（要么是命名的 report 对象，要么是可以绑定到 report 引用的未命名对象）。

- James McNellis

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另外两个在(N)RVO存在的情况下应该是功能上相同的 - 很有趣。我还没有考虑过这个。我会查看生成的汇编代码。我会回来的！ - Johann Gerell

我稍微修改了一下：这两者之间实际上不应该有任何区别：从实际角度来看，在这两种情况下，你都必须在report的作用域内拥有某个对象；唯一的“区别”就是report是对象的名称还是绑定到该对象的引用...从性能的角度来看，这两者之间不应该有任何区别。 - James McNellis

请查看我在问题中的编辑2。 - Johann Gerell

Answer 2

我不确定这是否是标准化的（正如Nicol所说，所有优化都取决于编译器），但我听说STL谈论过这个问题，并且（至少在MSVC中），RVO发生在任何其他操作之前。因此，如果有机会应用RVO，则会在您不采取任何措施的情况下自动发生。其次，当您返回临时对象时，您不必编写std::move（我认为实际上这是标准的），因为返回值将隐式地被视为rvalue。

总之：不要怀疑编译器，只需编写最自然的代码，它会给您最佳的结果。

- Kerrek SB

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在我的第二次编辑中，可以看到显式调用std::move甚至会完全阻止(N)RVO。 - Johann Gerell

@Johann：很酷。我想这表明只有在直接返回裸临时对象时才考虑RVO。这是不试图聪明地超越语言的又一个原因！ - Kerrek SB

Answer 3

有什么方案可以确定这些选项的确定性选择吗？

没有，也永远不会有。

编译器不需要进行任何形式的优化。唯一可以确定的是编译一些代码，然后查看输出结果。

最终你可能得到一个通用的启发式算法，一个社区共识，人们会说，“对于大多数编译器，X似乎是最快的。”但仅此而已。这需要多年时间，因为编译器需要适应C++0x并且实现成熟。

- Nicol Bolas