为何仅返回有状态lambda的C++函数会编译出汇编代码？

先看两个示例代码：

示例1：返回有状态lambda的函数 #

auto foo(double a) {
    return [a](double b) -> double {
        return a + b;
    };
}

编译后汇编：

foo(double):
        ret

示例2：返回自定义仿函数的函数 #

struct Bar {
    double a;
    double operator()(double b) const {
        return a + b;
    }
};

Bar bar(double a) {
    return Bar{a};
}

编译后同样生成仅ret的汇编。

核心原因解析 #

• 外部链接属性的约束
  默认情况下，foo和bar都是外部链接的函数。编译器不会主动删除有外部链接的函数——虽然从代码结构看，其他翻译单元（TU）根本无法声明并调用这些函数（lambda闭包类型是匿名的、仅当前TU可见；Bar也是当前TU内定义的类型，其他TU无法识别返回值类型），但编译器不会做这种跨TU的语义分析，它会假设这个函数可能被其他TU引用，因此必须保留函数的符号和最简化的函数体。

• 返回值优化与调用约定的叠加效果
  无论是lambda生成的闭包类型，还是Bar结构体，都是仅包含一个double成员的平凡可复制类型。在x86-64的System V调用约定中：

  1. 函数参数double a通过XMM0寄存器传入
  2. 返回大小不超过16字节的平凡结构体时，会直接用寄存器传递返回值（这里恰好也是XMM0寄存器）
  3. 构造Bar{a}或者lambda闭包的过程，本质上只是把输入的a赋值给返回结构体的成员，而因为调用约定的匹配，这个赋值操作完全不需要额外指令——直接把XMM0寄存器的值原封不动返回即可，所以函数体不需要任何逻辑，仅需ret指令。

• 如何让函数被完全优化掉？
  如果希望编译器彻底删除未被调用的foo/bar，可以给函数加上static修饰，将其改为内部链接：

static auto foo(double a) {
    return [a](double b) -> double {
        return a + b;
    };
}

static Bar bar(double a) {
    return Bar{a};
}

此时编译器明确知道该函数仅在当前TU可见，且如果没有被调用，就会完全优化掉，不会生成任何汇编代码。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Enlico