为什么std :: tuple破坏了C ++中的小型结构调用约定优化？

问题描述

C ++具有小型结构调用约定优化功能，其中，编译器通过函数参数传递小型结构的效率与传递原始类型（例如通过寄存器）的效率一样。例如：

class MyInt { int n; public: MyInt(int x) : n(x){} };
void foo(int);
void foo(MyInt);
void bar1() { foo(1); }
void bar2() { foo(MyInt(1)); }

bar1()和bar2()生成几乎相同的汇编代码，除了分别调用foo(int)和foo(MyInt)。特别是在x86_64上，它看起来像：

        mov     edi,1
        jmp     foo(MyInt) ;tail-call optimization jmp instead of call ret

但是如果我们测试std::tuple<int>，它将有所不同：

void foo(std::tuple<int>);
void bar3() { foo(std::tuple<int>(1)); }

struct MyIntTuple : std::tuple<int> { using std::tuple<int>::tuple; };
void foo(MyIntTuple);
void bar4() { foo(MyIntTuple(1)); }

生成的汇编代码看起来完全不同，小型结构（std::tuple<int>）通过指针传递：

        sub     rsp,24
        lea     rdi,[rsp+12]
        mov     DWORD PTR [rsp+12],1
        call    foo(std::tuple<int>)
        add     rsp,24
        ret

我挖得更深一些，试图使我的int更加脏（这应该接近一个不完整的朴素元组impl）：

class Empty {};
class MyDirtyInt : protected Empty,MyInt {public: using MyInt::MyInt; };
void foo(MyDirtyInt);
void bar5() { foo(MyDirtyInt(1)); }

但应用了调用约定优化：

        mov     edi,1
        jmp     foo(MyDirtyInt)

我尝试了GCC / Clang / MSVC，它们都表现出相同的行为。（Godbolt link here）所以我猜这一定是C ++标准中的东西吗？（我相信C ++标准没有指定任何ABI约束吗？）

我知道，只要foo(std::tuple<int>)的定义是可见的并且没有标记为noinline，编译器就应该能够对其进行优化。但是我想知道标准或实施的哪一部分导致此优化无效。

仅供参考，如果您对std::tuple的使用感到好奇，我想创建一个包装器类（即 strong typedef ），并且不想我自己声明比较运算符（运算符在C ++ 20之前），并且不想打扰Boost，所以我认为std::tuple是一个很好的基类，因为所有内容都在那里。

解决方法

这似乎与ABI有关。例如，Itanium C++ ABI reads：

如果出于调用目的参数类型非平凡，则调用方必须为临时变量分配空间并通过引用传递该临时变量。

然后，further：

如果类型具有非平凡的副本构造函数，移动构造函数或析构函数或所有副本，则出于调用目的将其视为非平凡的和移动构造函数被删除。

AMD64 ABI Draft 1.0中的要求相同。

例如，在 libstdc ++ 中，std::tuple具有简单的移动构造函数：https://godbolt.org/z/4j8vds。该标准规定了both copy and move constructor as defaulted，在此满足。但是，同时tuple inherits from _Tuple_impl和_Tuple_impl has a user-defined move constructor。因此，tuple本身的move构造函数不能太琐碎。

相反，在 libc ++ 中，std::tuple<int>的复制和移动构造函数都是微不足道的。因此，该参数在https://godbolt.org/z/WcTjM9的寄存器中传递。

对于 Microsoft STL ，std::tuple<int>既不可复制构造，也不可移动构造。甚至似乎违反了C ++标准规则。 std::tuple是递归定义的，在递归结束时，std::tuple<>专业化定义了non-defaulted copy constructor。关于此问题有一条评论：// TRANSITION,ABI: should be defaulted。由于tuple<>没有move构造函数，因此tuple<class...>的copy和move构造函数都是不平凡的。

如@StoryTeller所建议，它可能与std::tuple中用户定义的move构造函数有关，从而导致此行为。

例如参见：https://godbolt.org/z/3M9KWo

具有用户定义的move构造函数会导致未优化程序集：

bar_my_tuple():
        sub     rsp,24
        lea     rdi,[rsp+12]
        mov     DWORD PTR [rsp+12],1
        call    foo(MyTuple<int>)
        add     rsp,24
        ret

例如在libcxx中，复制和移动构造函数都被声明为默认for tuple_leaf和for tuple，并且您获得了小型结构调用约定优化for std::tuple<int>但{{3} }持有一个不可微动的成员，因此自然就变得不可微动。

c++c++11 calling-convention stdtuple