C++函数返回大型对象：按const引用还是按值接收更优？

我一直认为，当接收函数按值返回的大型对象时，使用const引用是正确做法——既能避免临时对象到目标变量的额外拷贝，还能延长临时对象的生命周期，Herb Sutter的文章里也提到过这一点。但我通过汇编对比发现，在-O0优化级别下，按值接收临时返回值的代码反而更短。我了解RVO和NRVO优化，但测试是在-O0下做的，想知道这些优化在-O0下是否还会执行？另外有没有更适合用const引用接收返回值的场景？

测试用C++代码 #

#include <string>

using namespace std;

string foo() {
    return "test";
}

void bar() {
    auto y = foo();
}

void dar() {
    const auto& z = foo();
}

GCC 14.2生成的x86-64汇编代码 #

bar()函数汇编 #

bar():
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        sub     rsp, 32
        lea     rax, [rbp-32]
        mov     rdi, rax
        call    foo[abi:cxx11]()
        lea     rax, [rbp-32]
        mov     rdi, rax
        call    std::__cxx11::basic_string<char, std::char_traits<char>, std::allocator<char> >::~basic_string() [complete object destructor]
        leave
        ret

dar()函数汇编 #

dar():
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        sub     rsp, 48
        lea     rax, [rbp-48]
        mov     rdi, rax
        call    foo[abi:cxx11]()
        lea     rax, [rbp-48]
        mov     QWORD PTR [rbp-8], rax
        lea     rax, [rbp-48]
        mov     rdi, rax
        call    std::__cxx11::basic_string<char, std::char_traits<char>, std::allocator<char> >::~basic_string() [complete object destructor]
        leave
        ret

dar()比bar()多的两条指令：

lea     rax, [rbp-48]
mov     QWORD PTR [rbp-8], rax

问题解答 #

1. RVO/NRVO在-O0下是否生效？ #

不会。-O0是GCC的默认无优化级别，编译器会严格遵循C++标准的抽象语义生成代码，不会执行RVO（返回值优化）或NRVO（具名返回值优化）这类改变对象创建位置的优化。这也是两种写法汇编存在差异的核心原因——无优化时编译器会忠实地处理每一步语义。

2. 为什么值接收的汇编更短？ #

在-O0下：

• 对于auto y = foo();，C++标准允许拷贝省略：用临时对象初始化同类型对象时，可直接在目标对象的内存位置构造临时对象，无需额外拷贝。因此编译器直接在栈上为y分配空间，调用foo()构造对象，最后析构y，流程更简洁。
• 对于const auto& z = foo();，编译器需要先创建foo()返回的临时对象，再让引用z指向它。栈上需要额外分配存储临时对象地址的引用变量空间，因此多了两条保存地址的指令，导致汇编代码更长。

3. 适合用const引用接收返回值的场景 #

虽然直接接收返回值时，值接收通常更优（开启优化后RVO会让两种写法的汇编几乎一致），但以下场景更适合用const引用：

• 复用临时对象生命周期：如果需要在多个作用域中使用返回的临时对象，const引用可将其生命周期延长至引用的作用域结束，避免多次构造/析构。
• 函数参数传递：将返回对象传递给其他函数时，用const引用传递可避免拷贝，例如：

  void process(const string& s);
  // 调用时直接传递临时对象的引用，无拷贝
  process(foo());
  

• 无法触发拷贝省略的场景：当返回值需要转换为其他类型，或编译器无法执行拷贝省略的特殊情况，const引用可避免创建额外的拷贝对象。

注意：非const引用无法绑定到临时对象，只有const引用或右值引用可以。

内容的提问来源于Stack Exchange，提问作者bobeff