为什么 std::tuple 会破坏 C++ 中的小型结构调用约定优化？

Question

C++ 具有小型结构调用约定优化，其中编译器在函数参数中传递小型结构与传递原始类型（例如，通过寄存器）一样有效。 例如：

class MyInt { int n; public: MyInt(int x) : n(x){} };
void foo(int);
void foo(MyInt);
void bar1() { foo(1); }
void bar2() { foo(MyInt(1)); }

bar1()和bar2()生成几乎相同的汇编代码，除了分别调用foo(int)和foo(MyInt) 。 特别是在 x86_64 上，它看起来像：

        mov     edi, 1
        jmp     foo(MyInt) ;tail-call optimization jmp instead of call ret

但是如果我们测试std::tuple<int> ，它会有所不同：

void foo(std::tuple<int>);
void bar3() { foo(std::tuple<int>(1)); }

struct MyIntTuple : std::tuple<int> { using std::tuple<int>::tuple; };
void foo(MyIntTuple);
void bar4() { foo(MyIntTuple(1)); }

生成的汇编代码看起来完全不同，小尺寸结构（ std::tuple<int> ）通过指针传递：

        sub     rsp, 24
        lea     rdi, [rsp+12]
        mov     DWORD PTR [rsp+12], 1
        call    foo(std::tuple<int>)
        add     rsp, 24
        ret

我挖得更深一些，试图让我的 int 更脏一点（这应该接近一个不完整的朴素元组 impl）：

class Empty {};
class MyDirtyInt : protected Empty, MyInt {public: using MyInt::MyInt; };
void foo(MyDirtyInt);
void bar5() { foo(MyDirtyInt(1)); }

但应用了调用约定优化：

        mov     edi, 1
        jmp     foo(MyDirtyInt)

我尝试过 GCC/Clang/MSVC，它们都表现出相同的行为。 （ 这里是 Godbolt 链接）所以我猜这一定是 C++ 标准中的东西？ （不过，我相信 C++ 标准没有指定任何 ABI 约束？）

我知道编译器应该能够优化这些，只要foo(std::tuple<int>)是可见的并且没有标记为 noinline。 但我想知道标准或实现的哪一部分导致此优化无效。

仅供参考，如果您对我正在用std::tuple做什么感到好奇，我想创建一个包装类（即强 typedef ）并且不想声明比较运算符（运算符<==>的在 C++20 之前）我自己并且不想打扰 Boost，所以我认为std::tuple是一个很好的基类，因为一切都在那里。

Answer 1

这似乎是ABI的问题。 例如，安腾 C++ ABI 读取：

如果参数类型对于调用而言是重要的，则调用者必须为临时文件分配空间并通过引用传递该临时文件。

而且， 进一步：

如果一个类型具有非平凡的复制构造函数、移动构造函数或析构函数，或者它的所有复制和移动构造函数都被删除，则就调用而言，该类型被认为是非平凡的。

相同的要求在AMD64 ABI Draft 1.0 中。

例如，在libstdc++ 中， std::tuple具有非平凡的移动构造函数： https : //godbolt.org/z/4j8vds 。 标准将复制和移动构造函数都规定为 defaulted ，这在此处得到满足。 但是，与此同时， tuple 继承自_Tuple_impl并且_Tuple_impl具有用户定义的移动构造函数。 结果， tuple本身的移动构造函数不能是微不足道的。

相反，在libc++ 中， std::tuple<int>复制和移动构造函数都是微不足道的。 因此，参数在那里的寄存器中传递： https : //godbolt.org/z/WcTjM9 。

至于Microsoft STL ， std::tuple<int>既不是可复制构造的，也不是可移动构造的。 它甚至似乎违反了 C++ 标准规则。 std::tuple是递归定义的，并且在递归结束时， std::tuple<>定义了非默认复制构造函数。 有关于这个问题的评论： // TRANSITION, ABI: should be defaulted 。 由于tuple<>没有移动构造函数，因此tuple<class...>复制和移动构造函数都非常重要。

Answer 2

正如@StoryTeller 所建议的那样，它可能与导致此行为的std::tuple中用户定义的移动构造函数有关。

参见例如： https : //godbolt.org/z/3M9KWo

具有用户定义的移动构造函数会导致未优化的程序集：

bar_my_tuple():
        sub     rsp, 24
        lea     rdi, [rsp+12]
        mov     DWORD PTR [rsp+12], 1
        call    foo(MyTuple<int>)
        add     rsp, 24
        ret

例如，在 libcxx 中，复制和移动构造函数被声明为tuple_leaf和tuple默认构造函数，并且您获得了std::tuple<int>的小尺寸结构调用约定优化，但不适用于std::tuple<std::string>持有一个非平凡可移动的成员，因此它自己自然变得不可平凡移动。