C++ 进阶面试题, 请介绍一下 C++ 的返回值优化?

Step 1

Q:: 什么是C++的返回值优化（RVO）？

A:: C++的返回值优化（RVO, Return Value Optimization）是一种编译器优化技术，用于消除在函数返回对象时的临时对象的拷贝构造。通常，在函数返回一个局部对象时，会先调用该对象的拷贝构造函数创建一个临时对象，再将其复制到调用者的上下文中，而RVO则可以直接在调用者的内存空间上构造该对象，从而避免了不必要的拷贝构造，提升了性能。

Step 2

Q:: C++标准中是否强制要求编译器执行返回值优化？

A:: 在C++98/03标准中，返回值优化不是强制的，但编译器通常会执行这种优化。在C++11标准引入了右值引用和移动语义后，RVO依然是可选的，但在C++17标准中，强制要求编译器执行强制返回值优化（Mandatory Copy Elision），即无条件地消除返回值的拷贝构造或移动构造。

Step 3

Q:: RVO和NRVO有什么区别？

A:: RVO是针对函数返回的临时对象的优化，而NRVO（Named Return Value Optimization）则是针对具名返回值（即函数内部的具名局部对象）的优化。NRVO优化在C++17之前是可选的，编译器可能会优化具名对象的返回拷贝，但在C++17之后，即使NRVO不被应用，仍然会有强制返回值优化。

Step 4

Q:: 什么时候RVO不会被应用？

A:: 在某些情况下，编译器无法应用RVO。例如，如果返回的对象依赖于条件语句中的分支或者是通过函数返回不同类型的对象时，编译器可能无法确定对象的最终类型或位置，因此无法应用RVO。不过，这些情况在C++17的强制拷贝省略规则下已经得到了改善。

Step 5

Q:: 如何验证编译器是否应用了RVO？

A:: 可以通过观察编译器生成的汇编代码来验证是否应用了RVO。通常情况下，如果RVO被应用，那么你会发现没有调用对象的拷贝构造函数。此外，一些编译器（如GCC和Clang）也提供了编译器选项（如-fno-elide-constructors）来关闭RVO，这样你可以通过对比有无RVO的效果来观察性能差异。