Modern C++ idiom6 - 命名返回值优化NRVO

Note: NRVO的应用并不是绝对的，它依赖于编译器的优化能力。现在的编译器真的很厉害，一般写的不好的代码也能给你优化好！优化的验证请见下面红字部分。

在C++中，性能一直是开发者关注的一个核心问题。为了提高程序的效率，各种优化技术应运而生。本文将深入讨论一种被称为“命名返回值优化”（Named Return Value Optimization，NRVO）的技术，它在函数返回值优化方面发挥了关键作用。

什么是NRVO？

NRVO是一种优化技术，旨在减少函数返回值的拷贝开销。具体而言，NRVO通过在函数内部直接构造返回值的目标对象，避免了将返回值从函数内部拷贝到外部的临时对象的过程。这种优化技术在某些情况下可以显著提高程序的性能。

NRVO的基本原理

NRVO的核心思想是通过直接在函数内部构造返回值的目标对象，避免创建临时对象并进行拷贝。以下是一个简单的示例，展示了NRVO的基本原理：

#include 
#include 

// 返回值优化前的版本
std::string concatenateStrings(const std::string& str1, const std::string& str2) {
    std::string result = str1 + str2;
    return result;
}

// 返回值优化后的版本
std::string concatenateStringsNRVO(const std::string& str1, const std::string& str2) {
    return str1 + str2;
}

int main() {
    std::string hello = "Hello, ";
    std::string world = "world!";

    // 使用返回值优化前的版本
    std::string result1 = concatenateStrings(hello, world);

    // 使用返回值优化后的版本
    std::string result2 = concatenateStringsNRVO(hello, world);

    return 0;
}

在这个例子中，concatenateStrings 函数在返回结果时创建了一个临时对象 result，而 concatenateStringsNRVO 函数直接在返回语句中构造了目标对象，避免了临时对象的创建和拷贝。

注意：我实际测试上面两端代码在编译器的优化下变得一样了。我测试的办法是下断点b memcpy, 思想是如果要拷贝临时对象则必定多一次memcpy, 但实际并没有多一次。都是两次，一个copy hello，一次world。

NRVO的优势

1. 减少拷贝开销： NRVO通过避免临时对象的创建和拷贝，减少了返回值的拷贝开销，提高了程序的性能。

2. 节省内存： NRVO避免了临时对象的创建，节省了内存空间，尤其在返回值为大型对象时效果显著。

3. 提高函数返回效率： NRVO使得函数返回时直接在目标对象上构造结果，而不是通过拷贝临时对象，提高了函数返回的效率。

NRVO的适用场景

1. 返回值为临时对象： NRVO在返回值为临时对象时效果最为显著，可以减少不必要的拷贝开销。

2. 大型对象的返回： 当返回值为大型对象时，NRVO可以节省大量的内存和拷贝开销。

3. 简单计算的返回： 当返回值是一些简单计算的结果时，NRVO可以避免创建不必要的临时对象。

总结

命名返回值优化（NRVO）是一项旨在减少函数返回值拷贝开销的重要优化技术。通过直接在函数内部构造返回值的目标对象，NRVO避免了临时对象的创建和拷贝，提高了程序的性能。在编写函数时，开发者可以考虑使用NRVO来优化返回值，特别是在返回临时对象或大型对象时。 NRVO是C++中提高性能的一把利器，为程序的运行效率带来了一丝光芒。