C++二元算术运算符重载：传值优化与实现选择疑问

我查阅了cppreference网站上关于运算符重载的「二元算术运算符」页面，对一段代码中为编译器优化鼓励传值而非传引用的注释感到困惑。按我的认知，尽可能传引用更优。

示例代码 #

第一个示例 #

class A {
   public:
   A& operator+=(A const& rhs) {
      /*...*/
      return *this;
   }

   friend A operator+(A lhs, A const& rhs) {
      lhs += rhs;
      return lhs;
   }
};

该代码说明operator+中按值传递lhs有助于优化链式加法，但有观点称传值会阻止「具名返回值优化（NRVO）」。

第二个示例 #

inline A operator+(A const& lhs, X const& rhs) {
  A a = lhs;
  a += rhs;
  return a;
}

相关讨论指出，若operator+基于operator+=实现，第一个示例的优化逻辑成立。

问题 #

• 1. 若operator+不基于operator+=实现，第一个示例的优化是否仍成立？
• 2. 若第二个示例支持具名返回值优化，哪种实现的计算效率更优？
• 3. 还有其他选择某一种实现的理由吗？

回答 #

问题1 #

不成立。第一个示例的核心优化是利用传值时的拷贝/移动构造复用临时对象：链式调用a + b + c时，a + b返回的临时对象可直接作为下一个operator+的lhs实参，触发移动构造而非拷贝，修改后直接返回。但如果operator+不依赖operator+=，意味着你要在函数内重新构造新对象，此时传值的lhs会产生多余的拷贝开销——本来可以直接用传引用的lhs构造新对象，现在多了一次传值拷贝，且返回的新对象无法复用lhs的存储，优化自然失效。

问题2 #

多数场景下第一个示例的实现更优：

• 第一个示例中，lhs是传值进来的，修改后直接返回，编译器可触发返回值优化（RVO）——返回的是函数参数本身，编译器能直接复用实参和返回值的内存，省去一次移动/拷贝。如果调用者传入临时对象，传值时会直接触发移动构造，连初始拷贝都能省。
• 第二个示例即便有NRVO，也必须先拷贝lhs到局部对象a，再修改返回。虽然NRVO能省去返回时的拷贝，但第一步的拷贝无法避免。

比如链式调用a + b + c：

• 第一个示例：a + b的临时对象作为下一个operator+的lhs触发移动构造，返回时触发RVO，全程最多1次拷贝+1次移动，甚至可能被优化到0次。
• 第二个示例：每次调用都要拷贝lhs到a，即使有NRVO，也至少有2次拷贝操作。

问题3 #

还有这些场景可以选择对应实现：

选第一个示例（传值lhs）的理由：

• 代码简洁：直接复用operator+=的逻辑，减少重复代码，不用手动写拷贝构造和修改逻辑。
• 自动适配移动语义：传入临时对象时，编译器会自动用移动构造代替拷贝构造，无需额外写重载版本（比如operator+(A&& lhs, const A& rhs)）。
• 规避悬空引用风险：传值不会出现引用失效的问题，避免返回局部对象引用这类低级错误。

选第二个示例（传引用lhs）的理由：

• 当operator+逻辑无法复用operator+=时，比如需要构造完全不同的对象，传引用可避免不必要的传值拷贝。
• 对于禁用移动构造的类型，传值开销过大，此时传引用+NRVO是更稳妥的选择。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Pompan