C++构造函数成员赋值优化

Question

我想知道在这种情况下C++编译器是否能够进行优化。假设我们有一个类如下所示：

class Foo {
public:
  Foo() : a(10), b(11), c(12) {};
  int a;
  int b;
  int c;
};

我使用这个类的方式如下：

int main(int argc, char *argv[]) {
  Foo f;
  f.a = 50;
  f.b = 51;
  f.c = 52;
  return 0;
}

编译器会生成代码来设置a、b和c的默认值分别为10、11和12，然后将它们设置为50、51和52吗？或者它可以延迟分配这些初始值，并仅在以后分配值（50、51、52），因为没有读取操作？基本上，它是否必须生成代码来写入这六个值，还是可以优化为三个？

如果是这样，复杂类型（结构体、类）是否也适用？这叫什么名字，我可以在哪里阅读更多相关信息？

如果不是，为什么不是？

- mach990

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你可以移除构造函数，提供默认成员初始化器，这样你的类就会变成一个聚合体。然后你就可以进行聚合初始化而不用担心它了。 - StoryTeller - Unslander Monica

很不幸，我无法控制相关的类 - 不过还是谢谢你的提示！ - mach990

我认为，除非编译器能够检查每个实例化是否立即丢弃其值，否则它必须按照给定的构造函数进行操作。 - SoronelHaetir

关于你的问题，由于构造函数的定义是内联提供的，我认为现代编译器很可能会进行你想要的优化。根据as-if规则，这是完全有效的。但是，如果不查看生成的汇编代码，就无法确定。 - StoryTeller - Unslander Monica

我很好奇，于是查了一下。这里是GCC和Clang的输出。GCC从-O1开始就进行了激进的优化，而Clang则从-O2开始。 - StoryTeller - Unslander Monica

@StoryTeller非常感谢您！那个网站太棒了，我之前从没见过。 - mach990

Answer 1

这显然取决于编译器 - 但肯定有至少一些编译器可以并且会消除死存储。事实上，根据您使用结果的方式，编译器可能会消除所有存储，无论是死存储还是其他存储。

例如，如果我们按照当前代码完全编译，我们最终得到的汇编语言就像这样：

xor eax, eax
ret

这就是了——因为您从未使用存储的任何值，它完全消除了处理这些值的所有代码。剩下的只是main返回0的事实，因此它只会生成让main返回零的代码。

但这可能不是你非常关心的情况，所以让我们扩展一下代码，展示更接近你关心的内容。

#include <iostream>

class Foo {
public:
  Foo() : a(10), b(11), c(12) {};
  int a;
  int b;
  int c;

  friend std::ostream &operator<<(std::ostream &os, Foo const &f) {
      return os << "(" << f.a << ", " << f.b << ", " << f.c << ")";
  }
};

int main() {
  Foo f;
  f.a = 50;
  f.b = 51;
  f.c = 52;

  std::cout << f << "\n";
}

在这种情况下，编译器仍会消除所有相关的存储，并生成代码以直接写出我们在源代码中给定的字面值。

mov esi, 50
mov edi, OFFSET FLAT:std::cout
call std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >::operator<<(int)

[并且对于51和52也是同样的序列重复]

参考资料: Godbolt

- Jerry Coffin

Answer 2

是的，编译器可以进行优化以删除初始化。这种技术称为死代码消除优化。确定是否发生了死代码消除是数据流分析的一部分。

- xskxzr

Answer 3

它将首先将三个值分配给a、b和c，然后在此之后将它们更改为后面分配的值。

这是因为在C++中，执行是逐行进行的。所以首先对象被声明并且在声明时通过构造函数分配了值。之后a、b和c的值被更改。

为了优化它，您可以使用带有默认参数的构造函数，如下所示：

class Foo{
public:
int a, b, c;
Foo(x = 10, y = 11, z = 12){
   a = x;
   b = y;
   c = z;
}
};

int main(){
Foo f; //a gets 10, b gets 11, c gets 12
Foo fi(51, 52, 53); //a gets 51, b gets 52, c gets 53
}

- deepjyoti30

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这是因为在C++中，执行是逐行进行的。这实际上意味着“编译器可以自由优化，只要生成的输出在任何输入情况下与按行执行C++所产生的结果相同。”在OP的情况下，优化器可以生成“int main(){}”。 - Bathsheba