为啥按值传递 string_view？为啥 Visual Studio 不能对此进行优化？

Posted 2023-02-25

【中文标题】为啥按值传递 string_view？为啥 Visual Studio 不能对此进行优化？

【英文标题】：Why pass string_view by value? And why can't Visual Studio optimize this?为什么按值传递 string_view？为什么 Visual Studio 不能对此进行优化？

【发布时间】：2018-11-13 11:59:00

【问题描述】：

根据我的直觉，我假设新的 string_view 需要通过引用传递，因为这样更有效（只传递指针而不是完整的类）。但是，一些消息来源表明最好按值传递，避免“混叠”问题。

C++ view types: pass by const& or by value? https://abseil.io/tips/1

在尝试几种替代方案时，我确认了我的直觉，如果该函数只是转发 string_view（所有源代码均使用 /Ox 编译），那么通过引用传递会更快。

比如这段代码

extern auto otherMethodByReference(const std::string_view &input) -> void;
auto thisMethodByReference(int value, const std::string_view &input) -> void
   
   otherMethodByReference(input);
   

导致了这个程序集

00000   48 8b ca     mov     rcx, rdx
00003   e9 00 00 00 00   jmp     ?otherMethodByReference@@YAXAEBV?$basic_string_view@DU?$char_traits@D@std@@@std@@@Z ; otherMethodByReference

这段代码

extern auto otherMethodByValue(std::string_view input) -> void;
auto thisMethodByValue(int value, std::string_view input) -> void
   
   otherMethodByValue(input);
   

导致了这个程序集

00000   48 83 ec 38  sub     rsp, 56            ; 00000038H
00004   0f 10 02     movups  xmm0, XMMWORD PTR [rdx]
00007   48 8d 4c 24 20   lea     rcx, QWORD PTR $T1[rsp]
0000c   0f 29 44 24 20   movaps  XMMWORD PTR $T1[rsp], xmm0
00011   e8 00 00 00 00   call    ?otherMethodByValue@@YAXV?$basic_string_view@DU?$char_traits@D@std@@@std@@@Z ; otherMethodByValue
00016   48 83 c4 38  add     rsp, 56            ; 00000038H
0001a   c3       ret     0

很明显，您可以看到在堆栈上创建了 string_view 的副本，然后传递给另一个方法。

但是，我想知道，为什么编译器不对此进行优化，而只是将 string_view 参数直接传递给另一个方法。毕竟，在 Windows x64 ABI 中，一个大于寄存器的类的值传递总是通过复制堆栈上的寄存器，并在正确的寄存器中传递一个指向它的指针来完成。我希望在这个示例代码中编译器会简单地将指针转发到下一个函数，就像在传递引用的情况下一样。毕竟编译器可以看到参数的值后面没有用到，所以不用复制，直接转发地址就好了。

我尝试将 std::move 添加到调用中，如下所示：

auto thisMethodByValueAndMove(int value, std::string_view input) -> void
   
   otherMethodByValue(std::move(input));
   

但这似乎没有帮助。

Visual Studio 2017 编译器无法对此进行优化是否有原因？ 其他编译器是否优化了这种模式？

【问题讨论】：

gcc 和 clang 为 pass-by-value 添加了一个额外的 mv 指令。

如果您不需要在函数中使用string_view 对象本身，只需将其传递，那么将其作为参考传递可能是有意义的，尤其是在您完成研究之后。但是如果您访问string_view 对象，请记住传递引用会增加间接性。还有两个你没有测试过的用例：一个thisMethodByReference调用otherMethodByValue；而另一个则相反。

Do other compilers optimize this pattern? - 测试Godbolt 我猜。 MSVC 显然在这里太“受挑战”了，let them know。

@Paul，谢谢，刚刚测试了 Godbolt。 Clang 确实将此优化为 3 条指令（2 次移动寄存器和 1 次跳转（尾调用）。所以这确实是微软的问题。

来自 Godbolt 的“分享”并发布链接？

【参考方案1】：

X64 调用约定不允许在不同的寄存器中传播参数。 编译器可以通过 rcx 和 rdx 传递 string_view 但 ABI 反对这一点。 https://docs.microsoft.com/en-us/cpp/build/x64-calling-convention?view=vs-2019

【讨论】：

我知道，但这不是重点。如果您通过引用传递 string_view，则指向 string_view 的指针会在寄存器中传递，如果然后将其转发给另一个方法，则只会转发指针。如果您按值传递 string_view，它将被复制到堆栈上，并且堆栈上指向该值的指针也会在寄存器中传递。如果然后转发它，它似乎会制作 string_view 的完整副本，而不是像通过引用传递时那样复制指针。 Clang 似乎很好地优化了这一点，MSVC 没有。

没错。另一方面，它可以进行其他优化。例如，两个按值传递的 string_view 对象总是不同的对象，而两个引用可能指向同一个对象。