Поліпшення повернення значення

Поліпшення повернення значення (англ. return value optimization, RVO) чи просто ППЗ — це техніка оптимізації, яку застосовує компілятор, що серед іншого виключає створення тимчасового об'єкта для збереження значення, що вертається з функції. В C++, вона особливо примітна тим, що дозволяє змінити поведінку отриманої програми.

Підсумок

Загалом, стандарт С++ дозволяє компіляторам застосовувати будь-які оптимізації, допоки отриманий виконуваний файл поводиться так, наче всі вимоги стандарту було виконано. Цей підхід зазвичай згадується як правило "так наче" (англ. as-if rule). Термін поліпшення повернення значення звертається до пункту в ISO/IEC 14882, який дозволяє реалізації опустити копіювання, що відбувається через інструкцію повернення, навіть якщо конструктор копіювання має побічні ефекти,, хоча це й не дозволяється самим правилом так наче.

Наступний приклад показує хід дій, за якого реалізація може позбутись одного чи двох копіювань, навіть якщо конструктор копіювання має видимі побічні ефекти, приміром, роздрук тексту. Перше копіювання якого можна уникнути це те, де C() копіюється зі значення до повернення функції f. Друга - копіювання тимчасового об'єкта повернутого функцією f у obj.

#include <iostream>
 
struct C {
  C() {}
  C(const C&) { std::cout << "Відбулось копіювання.\n"; }
};
 
C f() {
  return C();
}
 
int main() {
  std::cout << "Здоровеньки були!\n";
  C obj = f();
}

Залежно від компілятора та його налаштувань, утворена програма може видати такий текст:

Здоровеньки були!
Відбулось копіювання.
Відбулось копіювання.

Здоровеньки були!
Відбулось копіювання.

Здоровеньки були!

Підвалини

При вертанні вбудованого типу з функції ми, зазвичай, не дуже переймаємося з утвореного навантаження, бо об'єкт здебільшого вміщається в регістр. Вертання більших об'єктів може вимагати високовартісного копіювання з однієї місцини в пам'яті до іншої. Для такого копіювання, реалізація може створити прихований об'єкт у стековому фреймі, і передати його адресу в функцію. Тоді значення до вертання копіюється в цей об'єкт. Отже, код на кшталт цього:

struct Data { 
  char bytes[16]; 
};
 
Data f() {
  Data result = {};
  // утворення результату
  return result;
}
 
int main() {
  Data d = f();
}

Може породити код тотожний цьому:

struct Data { 
  char bytes[16]; 
};
 
Data * f(Data * _hiddenAddress) {
  Data result = {};
  // копіювання результату в прихований об'єкт
  *_hiddenAddress = result;
  return _hiddenAddress;
}
 
int main() {
  Data _hidden; // створити прихований об'єкт
  Data d = *f(&_hidden); // копіювати результат в d
}

такий код спричинить дворазове копіювання об'єкта Data.

На ранніх стадіях розвитку C++, нездатність мови дієво повернути об'єкт класу з функції розглядалась як слабкість. Близько 1991, Волтер Брайт винайшов спосіб зменшення кількості копіювань, дієво замінивши прихований об'єкт та іменований об'єкт у функції на об'єкт використовний для збереження результату:

struct Data { 
  char bytes[16]; 
};
 
void f(Data *p) {
  // записуємо результат одразу в *p
}
 
int main() {
  Data d;
  f(&d);
}

Брайт реалізував своє поліпшення в компіляторі Zortech C++. Цей особливий спосіб був з часом названий «Поліпшення повернення іменованого значення» (англ. named return value optimization), вказуючи на той факт, що копіювання іменованого об'єкта скасоване.

Підтримка компіляторами

Поліпшення повернення значення підтримується на більшості компіляторів. Однак можливі умови, коли компілятор не здатний учинити поліпшення. Найзагальніший приклад, коли компілятор може повернути різні значення в залежності від шляхів виконання:

#include <string>
std::string f(bool cond = false) {
  std::string first("first");
  std::string second("second");
  // функція може повернути один з вдох іменованих об'єктів
  // залежно від параметра. ППЗ не може бути застосоване
  return cond ? first : second;
}
 
int main() {
  std::string result = f();
}