基于原地方法代理实现结构体方法：RVO/NRVO性能分析

我需要为C++结构体实现两类方法：一是原地（inplace）修改实例的方法，二是返回新实例、不修改原实例的常规方法。计划先实现原地方法，再通过它代理实现常规方法。以包含int成员num的结构体add方法为例，设计了两种实现方案：

方案1代码 #

struct myStruct_impl1{
  int num = 0;
  void add_inplace(const int& other)
  {
    num += other;
    return;
  }
  myStruct_impl1 add(const int& other) const
  {
    myStruct_impl1 tmp(*this);
    tmp.add_inplace(other);
    return tmp;
  }
};

该方案中add_inplace返回void，add方法创建临时实例tmp，调用tmp.add_inplace后返回tmp，存在触发具名返回值优化（NRVO）的可能。

方案2代码 #

struct myStruct_impl2{
  int num = 0;
  myStruct_impl2& add_inplace(const int& other)
  {
    num += other;
    return *this;
  }
  myStruct_impl2 add(const int& other) const
  {
    return myStruct_impl2(*this).add_inplace(other);
  }
};

该方案中add_inplace返回*this的左值引用，add方法通过return myStruct_impl2(*this).add_inplace(other)返回结果。

疑问与解答 #

1. 方案2中返回左值引用的结果是否会被视为临时对象，C++17后是否能保证返回值优化（RVO）？

方案2里，myStruct_impl2(*this)是一个临时右值对象，调用add_inplace后返回的是这个临时对象的左值引用。虽然返回的是引用，但这个引用绑定的是临时对象，C17的强制复制消除规则会识别这个场景：本质上我们是要返回这个临时对象，编译器可以直接把临时对象构造到函数返回值的目标内存位置，完全消除拷贝，不需要调用拷贝构造函数。也就是说，C17后这个场景是可以保证RVO的，不会产生额外拷贝。

2. 测试显示方案2触发两次拷贝构造，但Godbolt中二者汇编代码一致，该如何理解？

这种矛盾通常是编译优化开关差异导致的：

• 本地测试大概率是在Debug模式下运行的，Debug模式下编译器会禁用RVO/NRVO等优化，目的是保留代码的原始结构方便调试，所以会执行显式的拷贝构造，触发两次拷贝（一次是构造临时对象时的拷贝，一次是返回临时对象时的拷贝）。
• 而Godbolt默认使用Release模式（开启最高级优化，比如-O2或-O3），编译器会执行复制消除，把方案2的代码优化成和方案1完全等价的汇编——直接在返回值位置构造修改后的对象，没有任何拷贝操作，所以两者汇编一致。

另外还要检查测试代码：如果没有显式定义拷贝构造函数并添加打印逻辑，编译器生成的默认拷贝构造可能不会输出信息，或者某些编译器在Debug模式下会插入额外的调试代码，导致看起来像是触发了多次拷贝，但实际在优化后这些拷贝都会被消除。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Pana