Question

考虑以下代码：

#include <utility>
#include <tuple>

std::pair<int, int> f1()
{
    return std::make_pair(0x111, 0x222);
}

std::tuple<int, int> f2()
{
    return std::make_tuple(0x111, 0x222);
}

Clang 3和4在x86-64上生成类似的代码：

f1():
 movabs rax,0x22200000111
 ret    
f2():
 movabs rax,0x11100000222 ; opposite packing order, not important
 ret

但是Clang 5为f2()生成了不同的代码：

f2():
 movabs rax,0x11100000222
 mov    QWORD PTR [rdi],rax
 mov    rax,rdi
 ret

GCC 4至GCC 7：

f2():
 movabs rdx,0x11100000222
 mov    rax,rdi
 mov    QWORD PTR [rdi],rdx ; GCC 4-6 use 2 DWORD stores
 ret

为什么返回适合单个寄存器std::tuple的{{1}}时生成的代码会更糟？看起来特别奇怪，因为Clang 3和4似乎是最优的，但是5不是。

在此处试试：https://godbolt.org/g/T2Yqrj

Answer 1

简短的回答是因为libstc++和gcc在Linux上使用的clang标准库实现使用非平凡来实现std::tuple移动构造函数（特别是，_Tuple_impl基类有一个非平凡的移动构造函数）。另一方面，std::pair的复制和移动构造函数都是默认的。

血腥细节

您在Linux上运行测试，该测试遵循SysV x86-64 ABI。此ABI具有将类或结构传递或返回到函数的特定规则，您可以阅读有关here的更多信息。我们感兴趣的具体案例是这些结构中的两个int字段是否会获得INTEGER类或MEMORY类。

ABI规范的recent版本可以这样说：

聚合（结构和数组）和联合的分类   类型的工作原理如下：


如果一个对象的大小大于八个八字节，或者它包含未对齐的字段，则它具有MEMORY 12类。

如果C ++对象具有非平凡的复制构造函数或非平凡的析构函数13，则它由不可见的引用传递（   对象在参数列表中被具有类的指针替换   INTEGER）14。

如果聚合体的大小超过单个八字节，则每个都单独分类。每个八字节都被初始化为类   NO_CLASS。

对象的每个字段都是递归分类的，因此始终考虑两个字段。得到的类是根据计算的   到八字节的字段类

这里适用条件（2）。请注意，它仅提及复制构造函数，而不是移动构造函数 - 但很明显，由于移动构造函数的引入通常需要包含在任何分类中，因此很可能只是规范中的缺陷之前包含复制构造函数的算法。特别是，IA-64 cxx-abi，gcc被记录为遵循does include move constructors：

如果参数类型对于调用而言是非平凡的，那么   调用者必须为临时空间分配空间并将其临时传递   参考。具体做法是：


调用者以通常的方式为临时空间分配空间，通常在堆栈上。

然后是非平凡的definition：

如果出现以下情况，则类型被视为非常重要：


它有一个非平凡的复制构造函数，移动构造函数或析构函数，或

删除所有复制和移动构造函数。

因此，从ABI角度来看，tuple不被认为是平易可复制的，它会得到MEMORY处理，这意味着你的函数必须填充堆栈分配的对象传递在rdi中被叫。 std::par函数可以传回rax中的整个结构，因为它适合一个EIGHTBYTE并且具有类INTEGER。

重要吗？是的，严格来说，像你编译的那个独立函数对tuple的效率会降低，因为这个ABI不同的是＆＃34;在＆＃34;中烘烤。

然而，通常，即使没有内联，编译器也能够看到函数的主体并内联它或执行过程间分析。在这两种情况下，ABI不再重要，两种方法可能同样有效，至少对于一个不错的优化器。例如let's call your f1() and f2() functions and do some math on the result：

int add_pair() {
  auto p = f1();
  return p.first + p.second;
}

int add_tuple() {
  auto t = f2();
  return std::get<0>(t) + std::get<1>(t);
}

原则上add_tuple方法从缺点开始，因为它必须调用效率较低的f2()，并且还必须在堆栈上创建临时元组对象，以便它可以将其传递给f2作为隐藏参数。好吧，无论如何，两个函数都经过全面优化，只需直接返回正确的值：

add_pair():
  mov eax, 819
  ret
add_tuple():
  mov eax, 819
  ret

总的来说，你可以说这个ABI问题与tuple的影响相对较小：它为必须符合ABI的函数增加了一个小的固定开销，但这只会在一个亲戚中真正重要对于非常小的函数有意义 - 但是这些函数很可能在它们可以被内联的地方声明（或者如果没有，你就会把性能留在桌面上）。

libcstc ++ vs libc +++

如上所述，这是一个ABI问题，而不是优化问题本身。 clang和gcc都已经在ABI的约束下最大程度地优化了库代码 - 如果他们为f1()生成代码std::tuple，它们将破坏符合ABI的调用者。

如果您切换到使用libc++而不是Linux默认值libstdc++，您可以清楚地看到这一点 - 此实现没有明确的移动构造函数（正如Marc Glisse在评论中提到的那样），他们坚持使用此实现以实现向后兼容性）。现在clang（可能是gcc，虽然我没有尝试过），但在两种情况下都会生成same optimal code：

f1():                                 # @f1()
        movabs  rax, 2345052143889
        ret
f2():                                 # @f2()
        movabs  rax, 2345052143889
        ret

Clang的早期版本

为什么clang的版本以不同方式编译？它只是a bug in clang或规范中的错误，具体取决于您如何看待它。在需要传递临时指针的隐藏指针的情况下，规范没有明确包含移动构造。不符合IA-64 C ++ ABI。例如，编译clang用于执行此操作的方式与gcc或更新版本的clang不兼容。规范是eventually updated和clang behavior changed in version 5.0。

更新： Marc Glisse mentions在评论中最初混淆了非平凡移动构造函数与C ++ ABI的交互，clang改变了他们的行为在某些时候，这可能解释了转变：

针对涉及移动的一些参数传递案例的ABI规范施工人员不清楚，当他们澄清时，铿锵声改变了遵循ABI。这可能是其中一种情况。

返回比std :: pair更低效的2元组？

1 个答案:

血腥细节

libcstc ++ vs libc +++

Clang的早期版本

返回比std :: pair更低效的2元组？

1 个答案:

血腥细节

libcs​​tc ++ vs libc +++

Clang的早期版本

libcstc ++ vs libc +++