C编译器如何实现返回大型结构的函数?

没有;没有副本。

调用者的数据返回值的地址实际上作为隐藏参数传递给函数,而createdata函数只是写入调用者的堆栈帧。

这被称为 named return value optimisation . 也看到 c++ faq on this topic .

商业级C++编译器以值的形式实现返回,从而使它们消除开销,至少在简单的情况下。

…

当您的code()调用rbv()时,编译器会秘密地将一个指针传递到rbv()应该在其中构造“返回”对象的位置。

您可以通过向结构添加带有printf的析构函数来演示这一点。如果此按值返回优化正在运行,则只能调用析构函数一次,否则调用两次。

此外,您还可以检查程序集,以查看是否发生这种情况:

Data createData() 
{
    Data data;
    // initialize data values...
    data.values[5] = 6;
    return data;
}

下面是程序集:

__Z10createDatav:
LFB2:
        pushl   %ebp
LCFI0:
        movl    %esp, %ebp
LCFI1:
        subl    $1032, %esp
LCFI2:
        movl    8(%ebp), %eax
        movl    $6, 20(%eax)
        leave
        ret     $4
LFE2:

奇怪的是,它在堆栈上为数据项分配了足够的空间 subl $1032, %esp 但请注意,它采用堆栈上的第一个参数 8(%ebp) 作为对象的基地址,然后初始化该项的元素6。由于我们没有为createdata指定任何参数,这很奇怪,直到您意识到这是父级数据版本的秘密隐藏指针。

但是对于一个大的结构,它必须在 堆 栈。

的确如此!在堆栈上分配声明为局部变量的大型结构。很高兴把这件事弄清楚。

至于避免复制,正如其他人所指出的:

• 大多数调用约定通过传递一个附加参数来处理“函数返回结构”,该参数指向调用方堆栈帧中应放置结构的位置。这绝对是呼叫约定的问题,而不是语言。

• 使用这种调用约定,即使是相对简单的编译器也可能注意到,当代码路径肯定要返回一个结构时,它也可以修复对该结构成员的赋值,这样它们就可以直接进入调用方的框架,而不必被复制。关键是让编译器注意到 全部的 通过函数终止代码路径返回 相同的 结构变量。如果是这种情况,编译器可以安全地使用调用方帧中的空间,从而在返回点不需要复制。

有很多例子,但基本上

这个问题没有确切的答案。它将取决于编译器。

C不指定从函数返回的结构的大小。

下面是对一个特定编译器的一些测试,即x86 RHEL 5.4上的GCC4.1.2

GCC普通案例,不复制

[00:05:21 1 ~] $ gcc -O2 -S -c t.c
[00:05:23 1 ~] $ cat t.s
        .file   "t.c"
        .text
        .p2align 4,,15
.globl createData
        .type   createData, @function
createData:
        pushl   %ebp
        movl    %esp, %ebp
        movl    8(%ebp), %eax
        movl    $1, 24(%eax)
        popl    %ebp
        ret     $4
        .size   createData, .-createData
        .ident  "GCC: (GNU) 4.1.2 20080704 (Red Hat 4.1.2-46)"
        .section        .note.GNU-stack,"",@progbits

GCC更现实的情况,在堆栈上分配,memcpy到调用者

#include <stdlib.h>
struct Data {
    unsigned values[256];
};
struct Data createData()
{
    struct Data data;
    int i;
    for(i = 0; i < 256 ; i++)
        data.values[i] = rand();
    return data;
}

[00:06:08 1 ~] $ gcc -O2 -S -c t.c
[00:06:10 1 ~] $ cat t.s
        .file   "t.c"
        .text
        .p2align 4,,15
.globl createData
        .type   createData, @function
createData:
        pushl   %ebp
        movl    %esp, %ebp
        pushl   %edi
        pushl   %esi
        pushl   %ebx
        movl    $1, %ebx
        subl    $1036, %esp
        movl    8(%ebp), %edi
        leal    -1036(%ebp), %esi
        .p2align 4,,7
.L2:
        call    rand
        movl    %eax, -4(%esi,%ebx,4)
        addl    $1, %ebx
        cmpl    $257, %ebx
        jne     .L2
        movl    %esi, 4(%esp)
        movl    %edi, (%esp)
        movl    $1024, 8(%esp)
        call    memcpy
        addl    $1036, %esp
        movl    %edi, %eax
        popl    %ebx
        popl    %esi
        popl    %edi
        popl    %ebp
        ret     $4
        .size   createData, .-createData
        .ident  "GCC: (GNU) 4.1.2 20080704 (Red Hat 4.1.2-46)"
        .section        .note.GNU-stack,"",@progbits

一般合同条款第4.4.2款已经增长了很多,并没有复制上述非平凡的情况。

        .file   "t.c"
        .text
        .p2align 4,,15
.globl createData
        .type   createData, @function
createData:
        pushl   %ebp
        movl    %esp, %ebp
        pushl   %edi
        pushl   %esi
        pushl   %ebx
        movl    $1, %ebx
        subl    $1036, %esp
        movl    8(%ebp), %edi
        leal    -1036(%ebp), %esi
        .p2align 4,,7
.L2:
        call    rand
        movl    %eax, -4(%esi,%ebx,4)
        addl    $1, %ebx
        cmpl    $257, %ebx
        jne     .L2
        movl    %esi, 4(%esp)
        movl    %edi, (%esp)
        movl    $1024, 8(%esp)
        call    memcpy
        addl    $1036, %esp
        movl    %edi, %eax
        popl    %ebx
        popl    %esi
        popl    %edi
        popl    %ebp
        ret     $4
        .size   createData, .-createData
        .ident  "GCC: (GNU) 4.1.2 20080704 (Red Hat 4.1.2-46)"
        .section        .note.GNU-stack,"",@progbits

此外,vs2008(将上述编译为c)将在createdata()的堆栈上保留结构数据,并执行 rep movsd 循环以在调试模式下将其复制回调用者,在释放模式下,它将rand()(%eax)的返回值直接移回调用者。

typedef struct {
    unsigned value[256];
} Data;

Data createData(void) {
    Data r;
    calcualte(&r);
    return r;
}

Data d = createData();

MSVC(6,8,9)和 海湾合作委员会 mingw(3.4.5,4.4.0)将生成类似以下伪代码的代码

void createData(Data* r) {
      calculate(&r)
}
Data d;
createData(&d);

Linux上的gcc将发出memcpy()以将结构复制回调用方的堆栈上。如果函数具有内部链接,则可以使用更多的优化。