除非返回值具有名称，否则为什么GCC无法优化？

Question

考虑以下代码：

#include <array>

class C
{
    std::array<char, 7> a{};
    int b{};
};

C slow()
{
    return {};
}

C fast()
{
    C c;
    return c;
}

GCC 6到9产生了很slow()代码为slow() ：

slow():
        xor     eax, eax
        mov     DWORD PTR [rsp-25], 0
        mov     BYTE PTR [rsp-21], 0
        mov     edx, DWORD PTR [rsp-24]
        mov     DWORD PTR [rsp-32], 0
        mov     WORD PTR [rsp-28], ax
        mov     BYTE PTR [rsp-26], 0
        mov     rax, QWORD PTR [rsp-32]
        ret
fast():
        xor     eax, eax
        xor     edx, edx
        ret

两种功能在含义上有区别吗？ Clang都发出类似fast()代码，而GCC 4-5比6-9做得更好，但也不是最优。

构建标志： -std=c++11 -O3

演示： https ： //godbolt.org/z/rPNG9o

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根据此处的反馈作为GCC错误提交： https : //gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=90883

Answer 1

GCC维护人员同意这是一个错误（缺少优化），并且已在x86_64的主干中修复（ARM可能会在以后修复）： https : //gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=90883

Answer 2

这并不是真正的完整答案，但可能会提供一个线索。 我怀疑fast和slow含义之间存在细微差别，这可能会使编译器沿不同的路径前进。 如果将复制构造函数设为私有，则可以看到此信息。

https://godbolt.org/z/FMIRe3

#include <array>

class C
{
    std::array<char, 7> a{};

    public:
    C(){}

    private:
    C(const C & c){}
};

// Compiles
C slow()
{
    return {};
}

// Does not compile
C fast()
{
    C c;
    return c;
}

即使使用复制省略， fast仍然需要复制构造函数在其中，它以slow返回initialization list ，该initialization list由调用者显式构造返回值。 这些最终可能会或可能不会做同样的事情，但是我相信编译器必须进行一些操作才能确定是否是这种情况。

有一篇详细的博客文章提供了有关此主题的一些有趣背景

https://akrzemi1.wordpress.com/2018/05/16/rvalues-redefined/

但是，该行为在C ++ 17中已更改

鉴于

#include <array>

class C
{
    std::array<char, 7> a{};

    public:
    C(){}

    private:
    C(const C & c){}
};

C slow()
{
    return {};
}

C fast()
{
    return C();
}

fast将无法在C ++ 11下编译，而现在可以在C ++ 17下编译

https://godbolt.org/z/JG2PkD

原因是， return C()的含义从返回临时值变为在调用者框架中显式构造对象。

所以现在在C ++ 17中，

C fast(){
    C c;
    return c;
}

和

C fast(){
    return C();
}

因为在第二个版本中，您甚至不需要复制或移动构造函数就可以使用。

https://godbolt.org/z/i2eZnf

绝对不是C ++ 101

Answer 3

这两个函数是等效的 ：通过使用默认成员初始化程序初始化每个成员，可以初始化返回的对象（更准确地说，是对这些函数的假设调用的结果对象）。

对于slow ：

• 调用slow的pr值结果以{}作为初始化程序进行复制初始化（ stmt.return ）
• 因此，生成的对象是列表初始化的（ [dcl.init] /17.1 ）;
• 这导致我们进行汇总初始化（ [dcl.init.list] /3.4 ）

=>因此，调用slow的结果对象的所有成员都将使用其默认成员初始化程序dcl.init.aggr] /5.4进行初始化。

为了fast ：

• 首先，我们假设执行复制省略[class.copy.elision] /1.1
• 因此函数调用的结果对象是默认初始化的[dcl.init] / 12
• 因此， 隐式声明的默认构造函数称为[dcl.init] /7.1 。
• 此默认构造函数等效于C(){} （ [class.default.ctor] / 4 ）

=>因此，调用slow的结果对象的所有成员都将使用其默认成员初始化程序[class.base.init] /9.1进行初始化

这两个函数的结果程序集在功能上是等效的 。 因此，Gcc生产的组件符合标准。

在缓慢的情况下，组装只是次优的。 对象相应地返回到两个寄存器上的SystemV x86 abi：rax和rdx（edx）。 首先，它将栈中位于地址[rsp-32]上类C的概念上的对象清零。 它归零a之间的填充字节a和b和b 。 然后，它将已初始化的堆栈部分复制到寄存器中。 将堆栈清零的方式只是次优，所有这些操作都等同于fast组装的2 xor操作。 因此，这只是一个明显的错误。