Question

假设我有一个类型A的对象。对于A类型的任何函数考虑这种情况 - > A（即获取类型A的对象并返回另一个类型为A的对象）：

foo = func(foo)

此处，最简单的情况是将func(foo)的结果复制到foo。是否可以对此进行优化：

foo在func

使用的语言没有限制。我想知道的是语言必须具有哪些约束和属性来实现这样的优化。是否存在执行此类优化的现有语言？

示例（伪代码）：

type Matrix = List<List<int>>

Matrix rotate90Deg(Matrix x):
   Matrix result(x.columns, x.rows) #Assume it has a constructor which takes as args the num of rows, and num of cols.
   for (int i = 0; i < x.rows; i++):
       for (int j = 0; j < x.columns; j++):
           result[i][j] = x[j][i]
   return result

Matrix a = [[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]]
a = rotate90Deg(a)

在这里，是否可以优化代码，使其不为新矩阵（结果）分配内存，而只是修改传递的原始矩阵。

Answer 1

首先，您必须意识到某些操作本身不可能就地计算。矩阵 - 矩阵乘法就是一个例子，rotate90Deg属于这个类别，因为这样的操作实际上是适当乘法矩阵的矩阵乘法。

现在，就您的示例而言，您实际编写了一个矩阵转置函数。由于您要交换数字对，因此Matrix转置可以就地完成，但我怀疑任何编译器都可以自动检测并优化它。实际上，为了获得巨大的性能提升，可以使用许多很多技巧来优化矩阵转置，以便对缓存友好。然而，通过一个天真的实现，你几乎肯定会得到与Aditya Kumar在他的回答中描述的非常相似的东西。

正如我之前使用“天真”这个词预示的那样，程序员可以通过高级模板和其他元编程技术，哄骗编译器以极其优化的方式内联大量内容。（至少在C ++中，也许还有其他允许你重载operator =的语言。）对于那些对如何完成以及涉及的内容进行案例研究感兴趣的人，请查看Eigen matrix library，以及它如何处理像u = v + w;这样的简单操作，其中三个变量都是浮点矩阵。以下是关键点的简要概述。

一个天真的实现会重载operator+以返回临时和operator=来临时复制到结果。当然，在C ++ 11中，通过移动构造函数很容易在赋值期间避免最终复制，但是如果你在右侧有多个运算符，那么你仍然会有不必要的临时副本，如{ {1}}因为每个操作符/方法都会返回一个临时的，并且必须循环该临时操作才能处理下一个操作符。

长话短说，Eigen所做的不是在相应的函数调用发生时执行每个操作，调用返回一个模板化的算子，只是描述操作需要发生，并且所有实际工作最终都发生在u = 3.15f * u.transposed() + 5.0f;中，从而使编译器能够发出一个内联循环，仅用于遍历数据一次并真正就地进行操作。

Answer 2

是的，这是可能的，这个优化至少由C ++ 11（内联）提供。

稍微解释一下优化。

e.g。

foo_t foo;
foo = func(foo); // #1
foo_t func(foo_t foo1) {
   foo_t new_foo;
   // operate on new_foo by using foo1
   return new_foo;
}

正在制作foo_t的三个实例：

foo被复制并作为foo1传递给func
new_foo已创建。

new_foo

foo

new_foo分配给foo
如果存在一些不变量，则可以删除所有三个副本。
1. foo（传递给函数的参数以后永远不会使用相同的原始值。这相当于说＃{1}}在＃1行'死'。这是在这里建立的正在重新分配foo。
2. 函数foo中对象new_foo的范围的生命周期不会延长函数func的生命周期。这也在这里建立为func的创建方式，它将在堆栈上，堆栈中对象的生命周期与创建对象的函数的生命周期相同。

有可能有一个优化a = func（a）的编译器吗？

2 个答案: