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c++ - 将右值传递给非引用参数，为什么编译器不能删除拷贝？

coder 2024-02-22 原文 

struct Big {
    int a[8];
};
void foo(Big a);
Big getStuff();
void test1() {
    foo(getStuff());
}

编译(在 Linux 上使用 clang 6.0.0 for x86_64，所以 System V ABI，标志:-O3 -march=broadwell)到

test1():                              # @test1()
        sub     rsp, 72
        lea     rdi, [rsp + 40]
        call    getStuff()
        vmovups ymm0, ymmword ptr [rsp + 40]
        vmovups ymmword ptr [rsp], ymm0
        vzeroupper
        call    foo(Big)
        add     rsp, 72
        ret

如果我没看错，这就是正在发生的事情:

  1. getStuff 被传递一个指向 foo 的堆栈 (rsp + 40) 的指针以用作其返回值，因此在 getStuff 返回 rsp + 40 到 rsp + 71 包含 getStuff 的结果。
  2. 然后立即将此结果复制到较低的堆栈地址 rsp 到 rsp + 31。
    3. 然后调用
  3. foo，它将从 rsp 中读取它的参数。

为什么下面的代码不完全等价(为什么编译器不生成它)？

test1():                              # @test1()
        sub     rsp, 32
        mov     rdi, rsp
        call    getStuff()
        call    foo(Big)
        add     rsp, 32
        ret

想法是:让 getStuff 直接写入堆栈中 foo 将从中读取的位置。

还有: 这是由 vc++ 在 Windows 上针对 x64 编译的相同代码(具有 12 个整数而不是 8 个)的结果，这看起来更糟，因为 Windows x64 ABI 通过引用传递和返回，因此拷贝完全未使用!

_TEXT   SEGMENT
$T3 = 32
$T1 = 32
?bar@@YAHXZ PROC                    ; bar, COMDAT

$LN4:
    sub rsp, 88                 ; 00000058H

    lea rcx, QWORD PTR $T1[rsp]
    call    ?getStuff@@YA?AUBig@@XZ         ; getStuff
    lea rcx, QWORD PTR $T3[rsp]
    movups  xmm0, XMMWORD PTR [rax]
    movaps  XMMWORD PTR $T3[rsp], xmm0
    movups  xmm1, XMMWORD PTR [rax+16]
    movaps  XMMWORD PTR $T3[rsp+16], xmm1
    movups  xmm0, XMMWORD PTR [rax+32]
    movaps  XMMWORD PTR $T3[rsp+32], xmm0
    call    ?foo@@YAHUBig@@@Z           ; foo

    add rsp, 88                 ; 00000058H
    ret 0

最佳答案

你是对的； 这看起来像是编译器的优化失误。如果还没有重复项，您可以报告此错误 (https://bugs.llvm.org/)。

与流行的看法相反，编译器通常不会生成最佳 代码。它通常足够好，现代 CPU 在不过度延长依赖链(尤其是关键路径依赖链，如果有的话)的情况下非常擅长处理多余的指令。

x86-64 SysV如果大型结构不适合打包到两个 64 位整数寄存器中，则按堆栈上的值传递它们，并通过隐藏指针返回。编译器可以而且应该(但不会)提前计划并临时重用返回值作为调用 foo(Big) 的堆栈参数。

gcc7.3、ICC18 和 MSVC CL19 也错过了这个优化。 :/我把你的代码放上了 on the Godbolt compiler explorer with gcc/clang/ICC/MSVC . gcc 使用 4x push qword [rsp+24] 进行复制，而 ICC 使用额外的指令将堆栈对齐 32。

使用 1x 32 字节加载/存储而不是 2x 16 字节可能无法证明 MSVC/ICC/clang 的 vzeroupper 的成本对于这么小的函数。 vzeroupper 在主流 Intel CPU 上很便宜(只有 4 uops)，我确实使用 -march=haswell 来调整它，而不是 AMD 或 KNL，因为它们更昂贵。

相关:x86-64 Windows 通过隐藏指针传递大型结构，并以这种方式返回它们。被调用者拥有指向的内存。 ( What happens at assembly level when you have functions with large inputs )

通过在第一次调用 getStuff() 之前简单地为临时空间 + 阴影空间保留空间，并允许被调用者销毁临时空间，因为我们不需要，这种优化仍然可用稍后再说。

不幸的是，这实际上不是 MSVC 在这里或相关情况下所做的。

另请参阅@BeeOnRope 在 Why isn't pass struct by reference a common optimization? 上的回答和我对此的评论.如果你试图设计一个调用约定来避免通过隐藏的常量引用传递复制(调用者拥有内存，被调用者可以如果需要，请复制)。

但这是非 const 引用(被调用者拥有内存)最好的情况的示例，因为调用者希望将对象移交给被调用者。

不过，这里有一个潜在问题:如果有任何指向此对象的指针，让被调用者直接使用它可能会引入错误。考虑一些执行 global_pointer->a[4]=0; 的其他函数。如果我们的被调用者调用那个函数，它会意外地修改我们被调用者的按值参数。

因此，只有在逃逸分析能够证明没有其他任何对象具有指向该对象的指针时，让被调用方销毁我们在 Windows x64 调用约定中的对象拷贝才有效。

关于c++ - 将右值传递给非引用参数，为什么编译器不能删除拷贝？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/49474685/

递给ampcoderspgetStuffc++clangx86-64compiler-optimizationabi

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