编译器如何确定具有编译器生成的临时函数的函数所需的堆栈大小？

Question

考虑以下代码:

class cFoo {
    private:
        int m1;
        char m2;
    public:
        int doSomething1();
        int doSomething2();
        int doSomething3();
}

class cBar {
    private:
        cFoo mFoo;
    public:
        cFoo getFoo(){ return mFoo; }
}

void some_function_in_the_callstack_hierarchy(cBar aBar) {
    int test1 = aBar.getFoo().doSomething1();
    int test2 = aBar.getFoo().doSomething2();
    ...
}

在调用getFoo()的行中,编译器将生成cFoo的临时对象,以便能够调用doSomething1().编译器是否重用用于这些临时对象的堆栈内存？"some_function_in_the_callstack_hierarchy"的调用将保留多少堆栈内存？是否为每个生成的临时存储内存？

我的猜测是编译器只为cFoo的一个对象保留内存,并将重用内存用于不同的调用,但如果我添加

    int test3 = aBar.getFoo().doSomething3();

我可以看到"some_function_in_the_callstack_hierarchy"所需的堆栈大小更多,而且不仅仅是因为附加的本地int变量.

另一方面,如果我然后更换

cFoo getFoo(){ return mFoo; }

带引用(仅用于测试目的,因为返回对私有成员的引用不好)

const cFoo& getFoo(){ return mFoo; }

它需要的堆栈内存少于一个cFo​​o的大小.

所以对我来说,似乎编译器为函数中的每个生成的临时对象保留了额外的堆栈内存.但这样效率很低.有人可以解释一下吗？

Answer 1

该优化编译器正在改变你的源代码到一些内部表示,和规范它.

使用免费软件编译器(如GCC和Clang/LLVM),您可以查看内部表示(至少通过修补编译器代码或在某些调试器中运行它).

BTW,有时候,临时值甚至不需要任何堆栈空间,例如因为它们已被优化,或者因为它们可以位于寄存器中.而且他们经常会在当前的调用帧中重用一些不需要的插槽.另外(特别是在C++中)很多(小)函数都是内联的 - 就像你getFoo可能的那样 - (所以他们自己没有任何调用框架).最近的GCC甚至有时能够进行尾调用优化(实质上是重用调用者的调用帧).

如果您使用GCC进行编译(即g++),我建议您使用优化选项和开发人员选项(以及其他一些选项).也许也 使用-Wstack-usage=48(或一些其他值,每个调用帧的字节数)和/或-fstack-usage

首先,如果你可以阅读汇编代码,编译yourcode.cc与g++ -S -fverbose-asm -O yourcode.cc和考虑发射yourcode.s

^{(不要忘记使用优化标志,所以-O用-O2或替换-O3....)}

然后,如果您对编译器的优化方式更加好奇,请尝试g++ -O -fdump-tree-all -c yourcode.cc并获得许多所谓的"转储文件",其中包含与GCC相关的内部表示的部分文本呈现.

如果您更加好奇,请查看我的GCC MELT,特别是其文档页面(其中包含大量幻灯片和参考文献).

所以对我来说,似乎编译器为函数中的每个生成的临时对象保留了额外的堆栈内存.

当然不是,在一般情况下(当然假设你启用了一些优化).即使保留了一些空间,也可以很快地重复使用.

^{顺便说一句:请注意,C++ 11标准没有提到堆栈.可以想象一些C++程序在没有使用任何堆栈的情况下编译(例如,整个程序优化检测到没有递归的程序,其堆栈空间和布局可以优化以避免任何堆栈.我不知道任何这样的编译器,但我知道编译器可以很聪明....)}