[C++] 返回值优化

什么是返回值优化？

返回值优化（Return Value Optimization, RVO）是C++编译器的一种优化技术，用于减少不必要的对象拷贝，特别是在函数返回临时对象的场景中。RVO 可以显著提高程序性能，并减少临时对象的生成和析构操作。

在C++中，函数返回值通常会涉及临时对象的创建和销毁。例如，当函数返回一个对象时，通常会创建一个临时对象来存储返回值，然后将其拷贝到接收返回值的变量中。返回值优化（RVO）是编译器的一种优化技术，它避免了这些临时对象的拷贝操作。

RVO的工作机制

通常情况下，返回一个对象的过程涉及两步：

1. 创建并初始化一个临时对象（可能是函数内的局部对象）。
2. 将这个临时对象拷贝或移动到调用者提供的目标位置。

RVO通过直接在目标位置构造返回的对象，跳过了临时对象的创建，从而避免了拷贝或移动操作。

例子（无RVO vs. 有RVO）

没有RVO时：

class MyClass {
public:
    MyClass() { std::cout << "Constructor" << std::endl; }
    MyClass(const MyClass&) { std::cout << "Copy Constructor" << std::endl; }
    ~MyClass() { std::cout << "Destructor" << std::endl; }
};

MyClass createObject() {
    MyClass obj;
    return obj;  // 返回局部对象，会调用拷贝构造函数
}

int main() {
    MyClass newObj = createObject();  // 接收返回值，会再次拷贝
}

在上述代码中，createObject()函数返回一个局部对象 obj，在没有RVO的情况下：

1. 首先构造局部对象 obj。
2. 然后调用拷贝构造函数将 obj拷贝到一个临时对象（用来保存返回值）。
3. 最后将这个临时对象拷贝到 newObj中。

因此，会涉及两次拷贝构造调用，这样的拷贝是性能上的浪费。

有RVO时：

MyClass createObject() {
    MyClass obj;
    return obj;  // RVO优化，直接在返回位置构造
}

int main() {
    MyClass newObj = createObject();  // 直接在newObj上构造对象，无需拷贝
}

在启用RVO的情况下，编译器会跳过临时对象的创建，直接在 newObj的内存位置上构造 obj，避免了不必要的拷贝操作。

RVO的类型

1. 命名返回值优化（Named Return Value Optimization, NRVO）：NRVO是RVO的一种形式，发生在返回值是命名的局部变量时。例如，函数返回一个命名的局部对象，编译器会直接在调用者的内存空间中构造该对象，而不是先创建一个临时对象。
2. 标准RVO：标准RVO发生在返回一个未命名的临时对象时。例如，函数返回一个临时构造的对象，而不是局部变量。这种优化在C++17后是强制执行的，不再依赖于编译器是否选择进行优化。

C++17 中的强制RVO

从C++17开始，标准RVO成为强制行为，编译器必须执行返回值优化，不再需要拷贝或移动临时对象。例如：

MyClass createObject() {
    return MyClass();  // C++17中，直接在返回位置构造对象
}

在C++17之前，编译器可能会选择不进行优化，但从C++17开始，编译器必须直接在目标位置构造返回的对象，从而完全消除了临时对象和拷贝构造的开销。

总结

• RVO（返回值优化）是一种编译器优化技术，可以在函数返回对象时避免不必要的临时对象拷贝。
• NRVO（命名返回值优化）是RVO的一种形式，应用于返回命名的局部变量。
• C++17中强制执行了RVO，编译器必须优化返回临时对象的场景，进一步提高了程序效率。