向非引用参数传递右值，编译器为何无法省略拷贝？（附代码示例）

先看你给出的代码示例：

struct Big { int a[8]; };
void foo(Big a);
Big getStuff();
void test1() { foo(getStuff()); }

用clang 6.0.0在x86_64 Linux（遵循System V ABI）下以-O3 -march=broadwell编译后，test1()的汇编代码是：

# @test1()
sub rsp, 72
lea rdi, [rsp + 40]
call getStuff()
vmovups ymm0, ymmword ptr [rsp + 40]
vmovups ymmword ptr [rsp], ymm0
vzeroupper
call foo(Big)
add rsp, 72
ret

咱们一步步拆解为什么这个拷贝没法省略：

1. 先搞懂System V ABI对大对象返回和参数传递的规则 #

对于x86_64的System V ABI来说：

• 大对象返回：当返回的结构体大小超过16字节时（这里Big是32字节，刚好符合），调用者（也就是test1）需要提前在栈上给返回值分配一块空间，然后把这块空间的地址通过rdi寄存器传给被调用函数（getStuff），让getStuff直接把对象构造到这块空间里——你看汇编里的lea rdi, [rsp + 40]就是干这个的，rsp+40就是给getStuff返回值留的空间。
• 大对象参数传递：同样，当函数的参数是超过16字节的结构体时，调用者需要在自己的栈上给参数分配一块专属空间，然后把对象拷贝到这块空间里，再调用函数。foo的参数a是Big类型，所以test1在栈上rsp开始的位置给它留了32字节的空间。

2. 两个空间不重合，拷贝避不开 #

这里的核心矛盾是：getStuff返回值的空间（rsp+40）和foo参数的空间（rsp）是完全分开的，而且ABI规则要求foo的参数必须在指定的栈位置上。编译器没办法让getStuff直接把对象构造到foo的参数空间里——因为test1作为调用者，得先为getStuff的返回值分配空间，再为foo的参数分配空间，这两块栈空间的布局是ABI规定死的，不能随便重叠或者复用。

所以你看到的那两条vmovups指令，就是把getStuff构造好的对象从返回值空间拷贝到foo的参数空间里，这一步是ABI强制要求的，编译器没法省略。

3. 怎么才能避免这个拷贝？ #

有几个可行的办法：

• 把foo的参数改成const引用：void foo(const Big& a)，这样参数传递的是指针，不需要拷贝整个对象，直接传rsp+40的地址给foo就行。
• 如果是C++11及以后，就算用值传递，也可以给Big加个非平凡的移动构造函数——不过对于Big这种平凡类型，移动和拷贝的汇编代码是一样的，没法优化，但对于有堆内存的类型，移动会比拷贝高效很多。
• 调整代码结构，比如让foo返回一个Big对象，然后利用返回值优化（RVO）来避免拷贝。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者John_C