C ++编译器是否通过const引用POD参数优化传递？

Question

考虑以下：

struct Point {double x; double y;};

double complexComputation(const& Point p1, const Point& p2)
{
    // p1 and p2 used frequently in computations
}

编译器是否将pass-by-reference优化为pass-by-copy以防止频繁解除引用？ 换句话说，将complexComputation转换为：

double complexComputation(const& Point p1, const Point& p2)
{
    double x1 = p1.x; double x2 = p2.x;
    double y1 = p1.y; double y2 = p2.y;
    // x1, x2, y1, y2 stored in registers and used frequently in computations
}

由于Point是一个POD，通过在调用者的背后制作副本可以没有副作用，对吗？

如果是这种情况，那么我总是可以通过const引用传递POD对象，无论多小，都不必担心最佳传递语义。 对？

编辑：我特别感兴趣的是GCC编译器。 我想我可能要编写一些测试代码并查看ASM。

Answer 1

如果需要，您的编译器绝对可以将Point成员变量提升到寄存器 但是，这与将函数调用本身转换为pass by value的编译器不同。

您应该检查生成的程序集以查看正在执行的优化。

而FWIW，我使用的一般规则是在可能的情况下通过const引用按值和所有类/ UDT（POD或不是POD）传递所有原始类型，并让编译器找出最好的事情。 我们不应该担心编译器正在做什么的细节，它比我们聪明得多。

Answer 2

有2个问题。

首先，编译器不会将pass-by-ref转换为pass-by-value，特别是如果complexComputation不是static （即可以由外部对象使用）。

原因是API兼容性。 对于CPU，没有“引用”这样的东西。 编译器将引用转换为指针。 参数在堆栈上或通过寄存器传递，因此调用complexComputation的代码可能会被调用为（假设double的长度为4）：

str x1, [r7, #0x20]
str y1, [r7, #0x24]
str x2, [r7, #0x50]
str y2, [r7, #0x54]
push r7, #0x20     ; push address of p1 onto the stack
push r7, #0x50     ; push address of p2 onto the stack
call complexComputation

只有8个字节被压​​入堆栈。

另一方面，通过复制将整个结构推送到堆栈，因此汇编代码看起来像

push x1    ; push a copy of p1.x onto the stack
push y1    ; push a copy of p1.y onto the stack
push x2    ; push a copy of p2.x onto the stack
push y2    ; push a copy of p2.y onto the stack
call complexComputation

请注意，此时16个字节被压​​入堆栈，内容是数字，而不是指针。 如果complexComputation更改其参数传递语义，则输入将变为垃圾并且您的程序可能会崩溃。

---

另一方面，优化

double complexComputation(const Point& p1, const Point& p2) {
    double x1 = p1.x; double x2 = p2.x;
    double y1 = p1.y; double y2 = p2.y;
    // x1, x2, y1, y2 stored in registers and used frequently in computations
}

因为编译器可以识别经常使用的变量并将它们存储到保留寄存器（例如ARM架构中的r4~r13，以及许多sXX / dXX寄存器）以便更快地访问，所以可以轻松完成。

---

毕竟，如果你想知道编译器是否做了什么，你总是可以反汇编结果对象并进行比较。

Answer 3

我不能代表每个编译器，但一般的答案是否定的 。 它不会进行优化。

请参阅GOTW＃81 ，了解如何在C ++中转换为const不会像某些人想象的那样影响优化。