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RVO のパフォーマンスへの影響が、私が思っていたほど価値があるかどうかを理解しようと少し時間を費やしました。

これが私のベンチマークコードです（主なアイデアは、大きな構造を作成して関数から返すことです）：

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#define SIZE_MEDIUM 128
#define SIZE_LARGE  8192
#define ITER_COUNT  100000
using namespace std;
using namespace std::chrono;

struct MediumStruct {
    int data[SIZE_MEDIUM];
};
struct LargeStruct {
    int data[SIZE_LARGE];
};

template<typename T>
T by_value(int size) {
    T rv;
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        rv.data[i] = rand();
    }
    return rv;
}

template<typename T>
void by_ref(T &v, int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        v.data[i] = rand();
    }
}

template<typename T>
void bench_by_value(int size, const string &suite) {
    high_resolution_clock::time_point t1 = high_resolution_clock::now();

    int counter = 0;
    for (int i = 0; i < ITER_COUNT; i++) {
        T r = by_value<T>(size);
        for (int j = 0; j < size; j++) {
            counter += r.data[j];
        }
    }

    high_resolution_clock::time_point t2 = high_resolution_clock::now();
    auto duration = duration_cast<milliseconds>(t2 - t1).count();
    cout << "By value (" << suite << ") " << duration << " ms " 
         << "[stub " << counter << "]" << endl;
}

template<typename T>
void bench_by_ref(int size, const string &suite) {
    high_resolution_clock::time_point t1 = high_resolution_clock::now();

    int counter = 0;
    for (int i = 0; i < ITER_COUNT; i++) {
        T r;
        by_ref<T>(r, size);
        for (int j = 0; j < size; j++) {
            counter += r.data[j];
        }
    }

    high_resolution_clock::time_point t2 = high_resolution_clock::now();
    auto duration = duration_cast<milliseconds>(t2 - t1).count();
    cout << "By ref (" << suite << ") " << duration << " ms " 
         << "[stub " << counter << "]" << endl;
}

int main() {
    srand(time(NULL));
    bench_by_value<MediumStruct>(SIZE_MEDIUM, "MEDIUM");
    bench_by_value<LargeStruct>(SIZE_LARGE, "LARGE");
    bench_by_ref<MediumStruct>(SIZE_MEDIUM, "MEDIUM");
    bench_by_ref<LargeStruct>(SIZE_LARGE, "LARGE");
}

私の MacBook Pro では、このベンチマークは、RVO 最適化の有無にかかわらず、ほぼ同じパフォーマンスを示しています。

$g++ --version
Configured with: --prefix=/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/usr --with-gxx-include-dir=/usr/include/c++/4.2.1
Apple LLVM version 7.3.0 (clang-703.0.31)
Target: x86_64-apple-darwin15.2.0
Thread model: posix
InstalledDir: /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Toolchains/XcodeDefault.xctoolchain/usr/bin

$g++ -std=c++11 -S -o /dev/stdout main.cpp | grep memcpy | wc -l
       0

$g++ -std=c++11 -fno-elide-constructors -S -o /dev/stdout main.cpp | grep memcpy | wc -l
       4

$ g++ -std=c++11 main.cpp
$ ./a.out
By value (MEDIUM) 123 ms [stub -1593461165]
By value (LARGE) 7741 ms [stub -1299931242]
By ref (MEDIUM) 120 ms [stub -1955762550]
By ref (LARGE) 7835 ms [stub 911248215]
$ ./a.out
By value (MEDIUM) 118 ms [stub 2094615909]
By value (LARGE) 7840 ms [stub -1276864738]
By ref (MEDIUM) 118 ms [stub -223778153]
By ref (LARGE) 7890 ms [stub -381745773]

$ g++ -std=c++11 -fno-elide-constructors main.cpp
$ ./a.out
By value (MEDIUM) 122 ms [stub 1921645226]
By value (LARGE) 8078 ms [stub 1869896539]
By ref (MEDIUM) 123 ms [stub -676968691]
By ref (LARGE) 7855 ms [stub 1621698360]
$ ./a.out
By value (MEDIUM) 119 ms [stub 954834819]
By value (LARGE) 7779 ms [stub 98742842]
By ref (MEDIUM) 118 ms [stub 1498384025]
By ref (LARGE) 7505 ms [stub -118604845]

このような結果が得られると、コンパイラが RVO を提供していない場合でも意味的に見栄えがよくなるため、値による戻りの手法を常に使用する傾向があります。RVO が実際にパフォーマンスに重大な影響を与えるのはいつですか?

ベンチマークの要点へのリンク。

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RVO について知っておくべきことが 2 つあります。

1. RVO は (通常の) コンパイラの最適化ではありません

最後の O は「最適化」を意味するため、クレイジーに聞こえますが、説明させてください。通常のコンパイラの最適化では、コードのセマンティクス (少なくとも副作用の順序とそれらの間の依存関係) が保持されます。RVOはそんなこと気にしません。例：

#include <cstdio>
using namespace std;
struct foo {
  foo () { printf ("foo::foo()\n"); }
  foo (const foo&) { printf ("foo::foo( const foo& )\n"); }
  ~foo () { printf ("foo::~foo()\n"); }
};

foo bar() {
  foo local_foo;
  return local_foo;
}

int main() {
  foo f = bar();
  return 0;
}

画面に何を期待しますか？RVO なし:

$ g++ -O2 rvo.cc -fno-elide-constructors
$ ./a.out

foo::foo()
foo::foo( const foo& )
foo::~foo()
foo::foo( const foo& )
foo::~foo()
foo::~foo()

RVO の場合:

$ g++ -O2 rvo.cc
$ a.out

foo::foo()
foo::~foo()

このような方法でユーザー コードを最適化するコンパイラはありません。しかし、RVO は実際には最適化以上のものです。場合によっては、コンパイラがブラインドになることが処方箋です。つまり、ユーザー定義のセマンティクスに盲目です。

2.RVOは非常に効果的です

RVOが省略できることをしないため、ベンチマークはこれを悪用しません。通常のコンパイラが最適化できることを行います。しかし、戻り値のコピーについて踊りましょう:

class MyBuf {
  int x_;
  char *buf_;
public:
  MyBuf(int x) : x_(x), buf_(new char[x_]) {}
  MyBuf(const MyBuf &rhs) :
    x_(rhs.x_), buf_(new char[x_])
  {
    memcpy (buf_, rhs.buf_, x_);
  }
  ~MyBuf() { delete [] buf_; }
  char &operator[](int x) { return buf_[x]; }
};

今：

MyBuf
retvec()
{
  MyBuf v(10000);
  v[0] = 1;
  return v;
}

そしてすごい：

for (idx = 0; idx != 1000000; ++idx)
  {
    MyBuf v = retvec();
    cnt += v[0];
  }
fprintf (stderr, "cnt is %d\n", cnt);

以下が表示されます。

$ g++ --std=c++11 -O2 rvo-spec.cc -fno-elide-constructors
$ time ./a.out 
cnt is 1000000

real    0m1.284s
user    0m1.280s
sys 0m0.000s

$ g++ --std=c++11 -O2 rvo-spec.cc
$ time ./a.out 
cnt is 1000000

real    0m0.099s
user    0m0.096s
sys 0m0.000s

非常に単純なシナリオでは、12 倍以上の差があります。

RVOの感覚と、RVOのスイッチを決してオフにしない理由を作成したことを願っています. 頑張ってください！

于 2016-08-20T10:15:45.567 に答える