為什么三元運算符會阻止返回值優化？

Question

為什么三元運算符會阻止 MSVC 中的返回值優化 (RVO)？ 考慮以下完整的示例程序：

#include <iostream>

struct Example
{
    Example(int) {}
    Example(Example const &) { std::cout << "copy\n"; }
};

Example FunctionUsingIf(int i)
{
    if (i == 1)
        return Example(1);
    else
        return Example(2);
}

Example FunctionUsingTernaryOperator(int i)
{
    return (i == 1) ? Example(1) : Example(2);
}

int main()
{
    std::cout << "using if:\n";
    Example obj1 = FunctionUsingIf(0);
    std::cout << "using ternary operator:\n";
    Example obj2 = FunctionUsingTernaryOperator(0);
}

用 VC 2013 像這樣編譯： cl /nologo /EHsc /Za /W4 /O2 stackoverflow.cpp

輸出：

using if:
using ternary operator:
copy

顯然，三元運算符以某種方式阻止了 RVO。 為什么？ 為什么編譯器不夠聰明，無法看到使用三元運算符的函數與使用 if 語句的函數執行相同的操作，並相應地進行優化？

Answer 1

查看程序輸出，在我看來，編譯器確實在這兩種情況下都忽略了，為什么？

因為，如果沒有激活 elide，正確的輸出將是：

1. 在函數返回時構造示例對象；
2. 將其復制到臨時；
3. 將臨時文件復制到 main 函數中定義的對象。

所以，我希望在我的屏幕上至少有 2 個“復制”輸出。 事實上，如果我執行你的程序，用 g++ 編譯，用 -fno-elide-constructor，我從每個函數中得到 2 個復制消息。

有趣的是，如果我對 clang 做同樣的事情，當函數FunctionUsingTernaryOperator(0);時，我會收到 3 個“復制”消息FunctionUsingTernaryOperator(0); 被調用，我猜這是由於編譯器如何實現三元。 我猜它正在生成一個臨時來解決三元運算符並將這個臨時復制到 return 語句。

Answer 2

這個相關問題包含答案。

標准規定何時在 return 語句中允許復制或移動省略：(12.8.31)

• 在具有類返回類型的函數中的 return 語句中，當表達式是與函數返回類型具有相同 cvunqualified 類型的非易失性自動對象（函數或 catch-clause 參數除外）的名稱時，副本/move 操作可以通過將自動對象直接構造到函數的返回值中來省略
• 當尚未綁定到引用（12.2）的臨時類對象將被復制/移動到具有相同 cv-unqualified 類型的類對象時，可以通過將臨時對象直接構造到目標中來省略復制/移動操作省略的復制/移動

所以基本上復制省略只發生在以下情況：

1. 返回一個命名對象。
2. 返回一個臨時對象

如果您的表達式不是命名對象或臨時對象，則回退到復制。

一些有趣的行為：

• return (name); 不會阻止復制省略（請參閱此問題）
• return true?name:name; 應該防止復制省略，但 gcc 4.6 至少在這個上是錯誤的（參見這個問題）

編輯：

我在上面留下了我的原始答案，但 Christian Hackl 在他的評論中是正確的，它沒有回答問題。

就規則而言，示例中的三元運算符產生一個臨時對象，因此 12.8.31 允許省略復制/移動。 所以從C++語言的角度來看。 當從 FunctionUsingTernaryOperator 返回時，完全允許編譯器省略副本。

現在顯然省略沒有完成。 我想唯一的原因是 Visual Studio 編譯器團隊還沒有實現它。 因為理論上他們可以，也許在未來的版本中他們會。

Answer 3

我可以看到它違反了關於 RVO 的一個一般規則——返回對象（應該）被定義在一個位置。

下面的代碼段滿足規則：

Example e;
e = (i == 1)? Example{1} : Example{2};
return e;

但是在下面的原始表達式中，根據 MSVC 在兩個不同的位置定義了兩個Example對象：

return (i == 1) ? Example(1) : Example(2);

雖然這兩個片段之間的轉換對人類來說是微不足道的，但我可以想象，如果沒有專門的實現，它不會在編譯器中自動發生。 換句話說，這是一個技術上支持 RVO 但開發人員沒有意識到的極端情況。