我可以让 C++ 编译器决定是按值传递还是按引用传递？

Posted 2023-02-25

【中文标题】我可以让 C++ 编译器决定是按值传递还是按引用传递？

【英文标题】：Can I let the C++ compiler decide whether to pass-by-value or pass-by-reference?

【发布时间】：2012-11-04 16:42:45

【问题描述】：

看看这个假设的头文件：

template <class T>
class HungryHippo 
public:
    void ingest(const T& object);
private:
    ...

现在，对于HungryHippo<string>，您希望ingest 引用字符串是有道理的——复制字符串可能非常昂贵！但是对于HungryHippo<int>，它的意义不大。直接传递int 可能非常便宜（大多数编译器会在寄存器中进行），但是传递对int 的引用是额外不必要的间接级别。这也适用于返回值。

有没有办法向编译器建议“嘿，我不会修改参数，所以你决定是通过值传递还是通过引用传递，这取决于你的想法更好”？

一些可能相关的事情：

我可以通过写template <class T, bool PassByValue> class HungryHippo 手动伪造这个效果，然后专门处理PassByValue。如果我想变得非常花哨，我什至可以根据sizeof(T) 和std::is_trivially_copyable<T> 推断出PassByValue。无论哪种方式，当实现看起来几乎相同时，这都是很多额外的工作，我怀疑编译器可以比我更好地决定是否通过值传递。 libc++ 项目似乎通过内联很多函数来解决这个问题，因此编译器可以做出更上一层楼的选择，但在这种情况下，假设ingest 的实现相当复杂，不值得内联。 如 cmets 中所述，所有模板函数默认为 inline。

【问题讨论】：

需要考虑的一点：这听起来像是一个过早优化的好案例。您是否因为这种架构而遇到过性能问题？如果没有，你可能应该做任何语义上有意义的事情。

对于整数，通过引用传递几乎与通过值传递一样高效，因此 const 引用对这两种情况都有好处。

"在这种情况下，假设摄取的实现相当复杂，不值得内联。"在这种情况下，您别无选择。由于 HungryHippo 是模板，所以必须内联。

@Slavik81 这根本不是真的。

我想知道为什么编译器（和 ABI 规范）不只是将const int & 视为与int 相同。 （对于所有通过值传递比通过 const 引用更有效的内置类型也是如此。）它会破坏任何东西吗？

【参考方案1】：

boost::call_traits 标头正好解决了这个问题。看看here。

具体来说，call_traits<T>::param_type 选项包括以下描述：

如果T 是一个小的内置类型或指针，则定义param_type 作为T const，而不是T const&。这样可以提高能力 编译器优化函数体中的循环（如果它们依赖） 在传递参数上，传递参数的语义是 否则不变（需要部分特化）。

在你的情况下，你可以定义ingest如下：

template <class T>
class HungryHippo 
public:
    void ingest(call_traits<T>::param_type object);
    // "object" will be passed-by-value for small 
    // built-in types, but passed as a const reference 
    // otherwise
private:
    ...
;

这是否真的会对您的实际代码/编译器组合产生很大影响，我不确定。与往常一样，您必须运行一些实际的基准测试，看看会发生什么......

【讨论】：

像往常一样，Boost 人已经想到了这一点。 :D 看起来简短的回答是“不，没有办法诱使编译器为你做这件事”，而长的回答是“嗯，Boost 在某些情况下设计了一种解决该问题的方法。”谢谢！

【参考方案2】：

虽然提到的诸如 boost 之类的技巧 call_traits<T> 在这种情况下可以做到他们声称要做的事情，但我认为您假设编译器尚未在最重要的情况下进行此优化。毕竟，这是微不足道的。如果您接受const T& 和sizeof(T) <= sizeof(void*)，C++ 引用语义强加的不变量允许编译器简单地替换整个函数体中的值（如果它是胜利的话）。如果不是，最坏情况的开销是函数序言中的一个指向 arg 的指针取消引用。

【讨论】：

我不相信你所说的“C++ 引用语义允许编译器简单地替换整个函数体中的值”。考虑pastebin.com/xqyrQtxW ...根据您的规则，输出将为10，但根据real规则，输出为 5。您不能替换const X& 和 X。正如我在之前的评论中所说，“const”意味着你不能改变值，而不是值不能改变。

@Calvin 实际上 Matthew Hall 是对的。函数可以采用 X 而不是 const X& 但在某些特定条件下 - 例如。当您无法确定 X 的地址（它是右值）时，您仍然可以将其传递给采用 const X& 的函数，这很有效。参见示例ideone.com/6KCeve

是的，在某些情况下这种优化是合法的。然而，由于它不是总是合法的（见我的例子），你几乎不会看到编译器这样做。如果过程是内联的并且可以在内联后消除引用，则更常见的是这种情况。