c++ - 空默认构造函数与隐式定义的不同机器代码

Question

鉴于以下结构...

#include <type_traits>

struct C {
    long a[16]{};
    long b[16]{};

    C() = default;
};

// For godbolt
C construct() {
    static_assert(not std::is_trivial_v<C>);
    static_assert(std::is_standard_layout_v<C>);

    C c;
    return c;
}

...gcc(x86-64 Linux 上的版本 10.2)启用优化(在所有 3 个级别)为 construct 生成以下程序集[1] :

construct():
        mov     r8, rdi
        xor     eax, eax
        mov     ecx, 32
        rep stosq
        mov     rax, r8
        ret

一旦我提供空的默认构造函数...

#include <type_traits>

struct C {
    long a[16]{};
    long b[16]{};

    C() {}  // <-- The only change
};

// For godbolt
C construct() {
    static_assert(not std::is_trivial_v<C>);
    static_assert(std::is_standard_layout_v<C>);

    C c;
    return c;
}

...生成的程序集更改为单独初始化每个字段，而不是原始中的单个 memset:

construct():
        mov     rdx, rdi
        mov     eax, 0
        mov     ecx, 16
        rep stosq
        lea     rdi, [rdx+128]
        mov     ecx, 16
        rep stosq
        mov     rax, rdx
        ret

显然，这两个结构在不是微不足道的方面是等效的，而是标准布局。
只是 gcc 错过了一个优化机会，还是从 C++ 语言的角度来看还有更多？

该示例是生产代码的精简版本，其中在性能上确实存在重大差异。

[1] 神弩: https://godbolt.org/z/8n1Mae

Answer 1

虽然我同意这似乎是一个错过的优化机会，但我注意到从语言级别的角度来看有一个不同之处。隐式定义的构造函数是 constexpr而示例中的空默认构造函数不是。来自 cppreference.com :

That is, [the implicitly-defined constructor] calls the default constructors of the bases and of the non-static members of this class. If this satisfies the requirements of a constexpr constructor, the generated constructor is constexpr (since C++11).

所以作为 long数组的初始化是 constexpr ，隐式定义的构造函数也是如此。但是，用户定义的不是，因为它没有标记 constexpr .我们也可以通过尝试制作 construct 来确认这一点。示例功能 constexpr .对于隐式定义的构造函数，这没有任何问题，但对于空的用户定义版本，它无法编译，因为

<source>:3:8: note: 'C' is not an aggregate, does not have a trivial default constructor, and has no 'constexpr' constructor that is not a copy or move constructor

正如我们在这里看到的: https://godbolt.org/z/MnsbzKv1v
所以为了解决这个差异，我们可以创建空的用户定义构造函数 constexpr :

struct C {
    long a[16]{};
    long b[16]{};

    constexpr C() {}
};

有点令人惊讶的是，gcc 现在生成了优化版本，即与默认的默认构造函数完全相同的代码: https://godbolt.org/z/cchTnEhKW
我不知道为什么，但这种差异在 constexpr在这种情况下，ness 实际上似乎有助于编译器。因此，虽然 gcc 似乎应该能够在不指定 constexpr 的情况下生成相同的代码，我想知道它可以是有益的很好。

作为对此观察的额外测试，我们可以尝试使隐式定义的构造函数非 constexpr并查看 gcc 是否无法进行优化。我能想到的一种简单方法来尝试测试它是让 C从具有非 constexpr 的空类继承默认构造函数:

struct D {
    D() {}
};

struct C : D {
    long a[16]{};
    long b[16]{};

    C() = default;
};

事实上，这会生成再次单独初始化字段的程序集。一旦我们制作 D() constexpr ，我们得到优化后的代码。见 https://godbolt.org/z/esYhc1cfW .