本文总结 copy elision、rvo、nvro 的概念及关系。
1. copy elision 与 rvo
copy elision，即 “复制省略”，是编译器的优化技术，包含两个场景：
- 纯右值参数复制构造时的 copy elision。
- 函数返回值优化（ rvo，即 return value optimization ）。
从 c++17 开始，强制要求编译器实现 copy elision。在 c++17 之前（c++11 / c++14），copy elision 依赖于编译器的具体实现，gcc 是默认支持 copy elision 的。
1.1 纯右值参数复制构造时的 copy elision
以下使用 gcc 13.2.0 。
#include <iostream>
struct A {
int x;
A(int _x) { x = _x; std::cout << "Call A(int)" << std::endl; }
A(const A& a) { x = a.x; std::cout << "Call A(const A&)" << std::endl; }
};
int main() {
[[maybe_unused]] A a = A(1); // 纯右值复制构造
return 0;
}
1、对于 c++11 或 c++14
如果关闭编译器的 copy elision 优化，即加上 -fno-elide-constructors 选项，则输出是：
Call A(int)
Call A(const A&)
如果不关闭编译器的 copy elision 优化，则输出是：
Call A(int)
2、对于 c++17
无论是否关闭编译器的 copy elision 优化，输出都是：
Call A(int)
1.2 函数返回值优化（rvo）
以下使用 gcc 13.2.0 。
#include <iostream>
struct A {
int x;
A(int _x) { x = _x; std::cout << "Call A(int)" << std::endl; }
A(const A& a) { x = a.x; std::cout << "Call A(const A&)" << std::endl; }
A(A&& a) { x = a.x; std::cout << "Call A(A&&)" << std::endl; }
};
A getA() {
return A(10);
}
int main() {
[[maybe_unused]] A a = getA();
return 0;
}
1、对于 c++11 或 c++14
如果关闭编译器的 copy elision 优化，即加上 -fno-elide-constructors 选项，则输出是：
Call A(int)
Call A(A&&)
Call A(A&&)
如果不关闭编译器的 copy elision 优化，则输出是：
Call A(int)
如果没有定义移动构造函数，则调用拷贝构造函数，可以编译器的 copy elision 可以优先掉移动构造或者拷贝构造。
2、对于 c++17
无论是否关闭编译器的 copy elision 优化，输出都是：
Call A(int)
2. 关于 nrvo
rvo 中有一种特殊的场景，叫 nrvo，即 name return value optimization，返回函数中已经命名的局部变量。c++17 标准对于 nrvo 没有强制规定，具体优化要看编译器的实现。
比如这样：
SomeType return_some_type() {
SomeType x; // x 就是一个 name return value
return x;
}
这种情况下，编译器可以这样优化，在调用者的栈上构造出 x 这个局部变量，作为参数传为 return_some_type 使用，避免需要实际的 return x。
nrvo 比较复杂，需要分情况讨论。参考自此文章：《理解C++编译器中的 Copy elision 和 RVO 优化》 [1]：
1、返回局部变量，如果存在运行时依赖，则不一定会优化，具体要看编译器的实现。
比如这样：
SomeType get(bool flag) {
if (flag) {
SomeType x;
// do some change
return x;
} else {
SomeType y;
return y;
}
}
2、返回函数参数，不会优化。
3、返回全局变量，不会优化。
4、返回值使用 std::move 转换，不会优化。
比如这样：
SomeType get() {
SomeType x;
return std::move(x);
}
3. 问题探讨
3.1 有了 copy elision，移动构造还有意义吗？
还有意义，因为 copy elision 并不总是有效，特别 nrvo 的场景。
比如以下例子，编译器也做不出优化（编译器版本： g++ (Ubuntu 11.4.0-1ubuntu1~22.04) 11.4.0，默认采用的 c++ 版本是 #define __cplusplus 201703L）：
#include <iostream>
struct A {
int x;
A(int _x) : x(_x) { std::cout << "A() " << _x << std::endl; }
A(const A& other) : x(other.x) { std::cout << "A(A&) " << other.x << std::endl; }
A(A&& other) : x(other.x) { std::cout << "A(A&&) " << other.x << std::endl; }
~A() { std::cout << "~A() " << x << std::endl; }
};
A f(int x) {
A a(x);
if (x == 0)
return A(0);
else if (x == 1)
return A(1);
else {
return a;
}
}
int main() {
A a = f(300);
return 0;
}
输出：
A() 300
A(A&&) 300
~A() 300
~A() 300
4. 拓展阅读
《Copy/move elision: C++ 17 vs C++ 11》
《理解C++编译器中的 Copy elision 和 RVO 优化》
5. 参考
[1] jiannanya. 理解C++编译器中的 Copy elision 和 RVO 优化. Available at https://zhuanlan.zhihu.com/p/703789055, 2024-6-17.