为什么 std::tuple 会破坏 C++ 中的小型结构调用约定优化？

Question

C++ 具有小型结构调用约定优化，其中编译器在函数参数中传递小型结构与传递原始类型（例如，通过寄存器）一样有效。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()并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>，它会有所不同：

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，小尺寸的struct( std::tuple<int>)是通过指针传递的：

        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，试图让我的 int 更脏一点（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)

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

我知道编译器应该能够优化这些，只要 的定义foo(std::tuple<int>)是可见的并且没有标记为 noinline。但我想知道标准或实现的哪一部分导致此优化无效。

仅供参考，如果您对我在做什么感到好奇std::tuple，我想创建一个包装类（即强 typedef）并且不想声明比较运算符（运算符 <==> 在 C+ 之前+20）我自己，不想打扰 Boost，所以我认为这std::tuple是一个很好的基类，因为一切都在那里。

Answer 1

这似乎是ABI的问题。例如，安腾 C++ ABI 读取：

如果参数类型对于调用而言是重要的，则调用者必须为临时文件分配空间并通过引用传递该临时文件。

而且，进一步：

如果一个类型具有非平凡的复制构造函数、移动构造函数或析构函数，或者它的所有复制和移动构造函数都被删除，则就调用而言，该类型被认为是非平凡的。

相同的要求在AMD64 ABI Draft 1.0 中。

例如，在libstdc++ 中，std::tuple具有非平凡的移动构造函数：https : //godbolt.org/z/4j8vds。标准将复制和移动构造函数都规定为 defaulted，这在此处得到满足。但是，同时，tuple 继承自_Tuple_impl并_Tuple_impl拥有一个用户定义的移动构造函数。结果，移动构造函数tuple本身不能是微不足道的。

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

至于Microsoft STL，std::tuple<int>它既不是可复制构造的，也不是可移动构造的。它甚至似乎违反了 C++ 标准规则。std::tuple是递归定义的，在递归结束时，特化std::tuple<>定义了非默认的复制构造函数。有一个关于这个问题的评论：// TRANSITION, ABI: should be defaulted。由于tuple<>没有移动构造函数，所以复制和移动构造函数tuple<class...>都是重要的。

Answer 2

正如 @StoryTeller 所建议的，它可能与导致此行为的用户定义的移动构造函数有关std::tuple。

例如，参见： https: //godbolt.org/z/3M9KWo

用户定义的移动构造函数会导致非优化的程序集：

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fortuple_leaf和fortuple的默认值，并且您将获得小尺寸结构调用约定优化forstd::tuple<int>但不是 forstd::tuple<std::string>，其中包含非平凡可移动成员，因此本身自然变得非平凡可移动。