返回局部变量而不复制它们

Question

我是 C++ 的新手，想知道是否有办法在函数中创建对象，然后返回该对象而不必将其复制到内存中。我知道原始本地对象超出范围，但我希望编译器可以优化它，使对象的副本只重用相同的内存地址。

int foo()
{
    int bar = 5;
    std::cout << &bar << std::endl;

    return bar;
}

int main()
{
    char a;
    auto b = foo();
    std::cout << &b << std::endl;
    std::cin >> a;
    return 0;
}

这将返回不同的内存地址。既然bar的地址不再需要，而且b的大小总是一样的，那么有什么理由不能只使用相同的地址并省去复制的步骤呢？

---

对于一个简单的整数并不重要，但对于更大的对象，确保返回的对象不会被复制到内存中的首选方法是什么？

以下是一个好方法吗？

int & foo(int & bar)
{
    std::cout << &bar << std::endl;
    // do things with bar
    return bar;
}

int main()
{
    char a;
    auto bar = 5;
    auto & b = foo(bar);
    std::cout << &b << std::endl;
    std::cin >> a;
    return 0;
}

---

作为一个附带问题，为什么以下事情有效：

int & foo()
{
    int bar = 5;
    std::cout << &bar << std::endl;

    return bar;
}

int main()
{
    char a;
    auto & b = foo();
    std::cout << &b << " " << b << std::endl;
    std::cin >> a;
    return 0;
}

我希望 bar 超出范围并且不能再被引用，但是这会编译并返回正确的值（MSVC++ 2013）。

Answer 1

对于简单的整数来说并不重要，但对于较大的对象来说，确保返回的对象不会在内存中复制的首选方法是什么？

只需返回对象即可。C++ 具有返回值优化，这意味着可以（并且最常见的是）省略副本：

big_object get_object()
{
    big_object bo;
    ....
    return bo;
}

....

big_object big = get_object(); // big gets built in-place

如果您查看bo函数内部和big外部的地址，您会期望看到相同的地址（尽管 RVO 是一种可能发生的优化，但并非必须如此，因此还有其他因素可能会影响您是否看到相同的地址。使用最近的 g++ 和 clang++，我对于 size bytes 的对象获得相同的地址8，但对于 size 则不然4。）例如，这会在 clang++ 3.5 上产生相同的地址：

#include <iostream>

struct foo { int i[2]; };

foo make_foo()
{
  foo f;
  std::cout << &f << std::endl;
  return f;
}

int main()
{
  foo f = make_foo();
  std::cout << &f << std::endl;
}