C++中stack的pop()函數(shù)返回值解析
stack的pop()函數(shù)返回值
int temp = s.pop();
cout<<temp<<endl; 運(yùn)行代碼會(huì)提示錯(cuò)誤：error C2440: “初始化”: 無(wú)法從“void”轉(zhuǎn)換為“int”
全部demo
#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;
int main()
{
stack<int> s;
if(s.empty())
cout<<"empty"<<endl; //empty
s.push(1);
s.push(6);
s.push(66);
cout<<s.size()<<endl; //3
int temp = s.pop();
cout<<temp<<endl; //66
cout<<s.size()<<endl; //2
cout<<s.top()<<endl; //6
cout<<s.size()<<endl; //2
system("pause");
return 0;
}分析
C++中stack，其中有兩個(gè)方法：
pop(), 返回void,top(),返回棧頂?shù)囊谩?/li>
所以想要提取棧頂元素，直接用s.top()
C++的返回值優(yōu)化
大家都知道“過(guò)早的優(yōu)化是萬(wàn)惡之源”這句話，然而我相信其中的大多數(shù)人都不知道自己是不是在做過(guò)早的優(yōu)化。我也無(wú)法準(zhǔn)確的定義什么叫做“過(guò)早的優(yōu)化”，但我相信這“過(guò)早的優(yōu)化”要么是得不償失的，要么干脆是有害無(wú)利的。今天我就想舉個(gè)我認(rèn)為是“過(guò)早的優(yōu)化”的例子。
從函數(shù)返回值
為了從一個(gè)函數(shù)得到運(yùn)行結(jié)果，常規(guī)的途徑有兩個(gè)：通過(guò)返回值和通過(guò)傳入函數(shù)的引用或指針（當(dāng)然還可以通過(guò)全局變量或成員變量，但我覺得這算不上是什么好主意）。
通過(guò)傳給函數(shù)一個(gè)引用或指針來(lái)承載返回值在很多情況下是無(wú)可厚非的，畢竟有時(shí)函數(shù)需要將多個(gè)值返回給用戶。除了這種情況之外，我覺得應(yīng)當(dāng)盡量做到參數(shù)作為函數(shù)輸入，返回值作為函數(shù)輸出（這不是很自然的事情嗎？）。然而，我們總能看到一些“突破常規(guī)”的做法：
首先定義Message類：
struct Message
{
? ? int a;
? ? int b;
? ? int c;
? ? int d;
? ? int e;
? ? int f;
};為了從某個(gè)地方（比如一個(gè)隊(duì)列）得到一個(gè)特定Message對(duì)象，有些人喜歡寫一個(gè)這樣的getMessage：
void getMessage(Message &msg); // 形式1
雖然只有一個(gè)返回值，但仍然是通過(guò)傳入函數(shù)的引用返回給調(diào)用者的。
為什么要這樣呢？“嗯，為了提高性能。你知道，要是這樣定義函數(shù)，返回Message對(duì)象時(shí)必須要構(gòu)造一個(gè)臨時(shí)對(duì)象，這對(duì)性能有影響。”
Message getMessage(); // 形式2
我們先不討論這帶來(lái)了多少性能提升，先看看形式1相對(duì)形式2帶來(lái)了哪些弊端。我認(rèn)為有兩點(diǎn)：
1. 可讀性變差
略（我希望你能和我一樣認(rèn)為這是顯而易見的）。
2. 將對(duì)象的初始化劃分成了兩個(gè)步驟
調(diào)用形式1時(shí)，你必然要這樣：
Message msg; ? ? // S1 getMessage(msg); // S2
這給維護(hù)者帶來(lái)了犯錯(cuò)的機(jī)會(huì)：一些需要在S2語(yǔ)句后面對(duì)msg進(jìn)行的操作有可能會(huì)被錯(cuò)誤的放在S1和S2之間。
如果是形式2，維護(hù)者就不可能犯這種錯(cuò)誤：
Message msg = getMessage();
好，現(xiàn)在我們來(lái)看性能，形式2真的相對(duì)形式1性能更差嗎？對(duì)于下面的代碼：
#include <stdio.h>
?
struct Message
{
? ? Message()
? ? {?
? ? ? ? printf("Message::Message() is called\n");?
? ? }
? ? Message(const Message &)
? ? {
? ? ? ? printf("Message::Message(const Message &msg) is called\n");
? ? }
? ? Message& operator=(const Message &)
? ? {
? ? ? ? printf("Message::operator=(const Message &) is called\n");
? ? }
? ? ~Message()
? ? {
? ? ? ? printf("Message::~Message() is called\n");
? ? }
? ? int a;
? ? int b;
? ? int c;
? ? int d;
? ? int e;
? ? int f;
};
?
Message getMessage()
{
? ? Message result;
? ? result.a = 0x11111111;
?
? ? return result;
}
?
int main()
{
? ? Message msg = getMessage();
? ? return 0;
}你認(rèn)為運(yùn)行時(shí)會(huì)輸出什么呢？是不是這樣：
Message::Message() is called
Message::Message(const Message &msg) is called
Message::~Message() is called
Message::~Message() is called
并沒有像預(yù)期的輸出那樣。
如果使用MSVC2017編譯，且關(guān)閉優(yōu)化（/Od），確實(shí)可以得到預(yù)期輸入，但是一旦打開優(yōu)化（/O2），輸出就和GCC的一樣了。
我們看看實(shí)際上生成了什么代碼（使用GCC編譯）：
(gdb) disassemble main Dump of assembler code for function main(): ? ?0x0000000000000776 <+0>:?? ?push ? %rbp ? ?0x0000000000000777 <+1>:?? ?mov ? ?%rsp,%rbp ? ?0x000000000000077a <+4>:?? ?push ? %rbx ? ?0x000000000000077b <+5>:?? ?sub ? ?$0x28,%rsp ? ?0x000000000000077f <+9>:?? ?mov ? ?%fs:0x28,%rax ? ?0x0000000000000788 <+18>:?? ?mov ? ?%rax,-0x18(%rbp) ? ?0x000000000000078c <+22>:?? ?xor ? ?%eax,%eax ? ?0x000000000000078e <+24>:?? ?lea ? ?-0x30(%rbp),%rax ? ? ? ? ? ? #將棧上地址-0x30(%rbp)傳給getMessage函數(shù) ? ?0x0000000000000792 <+28>:?? ?mov ? ?%rax,%rdi ? ?0x0000000000000795 <+31>:?? ?callq ?0x72a <getMessage()> ? ?0x000000000000079a <+36>:?? ?mov ? ?$0x0,%ebx ? ?0x000000000000079f <+41>:?? ?lea ? ?-0x30(%rbp),%rax ? ?0x00000000000007a3 <+45>:?? ?mov ? ?%rax,%rdi ? ?0x00000000000007a6 <+48>:?? ?callq ?0x7e4 <Message::~Message()> ? ?0x00000000000007ab <+53>:?? ?mov ? ?%ebx,%eax ? ?0x00000000000007ad <+55>:?? ?mov ? ?-0x18(%rbp),%rdx ? ?0x00000000000007b1 <+59>:?? ?xor ? ?%fs:0x28,%rdx ? ?0x00000000000007ba <+68>:?? ?je ? ? 0x7c1 <main()+75> ? ?0x00000000000007bc <+70>:?? ?callq ?0x5f0 <__stack_chk_fail@plt> ? ?0x00000000000007c1 <+75>:?? ?add ? ?$0x28,%rsp ? ?0x00000000000007c5 <+79>:?? ?pop ? ?%rbx ? ?0x00000000000007c6 <+80>:?? ?pop ? ?%rbp ? ?0x00000000000007c7 <+81>:?? ?retq ?? End of assembler dump. (gdb) disassemble getMessage? Dump of assembler code for function getMessage(): ? ?0x000000000000072a <+0>:?? ?push ? %rbp ? ?0x000000000000072b <+1>:?? ?mov ? ?%rsp,%rbp ? ?0x000000000000072e <+4>:?? ?sub ? ?$0x20,%rsp ? ?0x0000000000000732 <+8>:?? ?mov ? ?%rdi,-0x18(%rbp) ? ? ? ? ? ? ? ? #將main函數(shù)傳入的棧上地址保存到-0x18(%rbp)處 ? ?0x0000000000000736 <+12>:?? ?mov ? ?%fs:0x28,%rax ? ?0x000000000000073f <+21>:?? ?mov ? ?%rax,-0x8(%rbp) ? ?0x0000000000000743 <+25>:?? ?xor ? ?%eax,%eax ? ?0x0000000000000745 <+27>:?? ?mov ? ?-0x18(%rbp),%rax ? ? ? ? ? ? #將main函數(shù)傳入的棧上地址傳給Message::Message()函數(shù) ? ?0x0000000000000749 <+31>:?? ?mov ? ?%rax,%rdi ? ?0x000000000000074c <+34>:?? ?callq ?0x7c8 <Message::Message()> ? ?0x0000000000000751 <+39>:?? ?mov ? ?-0x18(%rbp),%rax ? ?0x0000000000000755 <+43>:?? ?movl ? $0x11111111,(%rax) ? ?0x000000000000075b <+49>:?? ?nop ? ?0x000000000000075c <+50>:?? ?mov ? ?-0x18(%rbp),%rax ? ?0x0000000000000760 <+54>:?? ?mov ? ?-0x8(%rbp),%rdx ? ?0x0000000000000764 <+58>:?? ?xor ? ?%fs:0x28,%rdx ? ?0x000000000000076d <+67>:?? ?je ? ? 0x774 <getMessage()+74> ? ?0x000000000000076f <+69>:?? ?callq ?0x5f0 <__stack_chk_fail@plt> ? ?0x0000000000000774 <+74>:?? ?leaveq? ? ?0x0000000000000775 <+75>:?? ?retq ?? End of assembler dump.
可以看出來(lái)，在getMessage函數(shù)中構(gòu)造的對(duì)象實(shí)際上位于main函數(shù)的棧幀上，并沒有額外構(gòu)造一個(gè)Message對(duì)象。這是因?yàn)殚_啟了所謂的返回值優(yōu)化（RVO，Return Value Optimization）的緣故。你想得到的效果編譯器已經(jīng)自動(dòng)幫你完成了，你不必再犧牲什么。
RVO
對(duì)于我們這些用戶來(lái)說(shuō)，RVO并不是什么特別復(fù)雜的機(jī)制，主流的GCC和MSVC均支持，也沒什么特別需要注意的地方。它存在的目的是優(yōu)化掉不必要的拷貝復(fù)制函數(shù)的調(diào)用，即使拷貝復(fù)制函數(shù)有什么副作用，例如上面代碼中的打印語(yǔ)句，這可能是唯一需要注意的地方了。從上面的匯編代碼中可以看出來(lái)，在GCC中，其基本手段是直接將返回的對(duì)象構(gòu)造在調(diào)用者棧幀上，這樣調(diào)用者就可以直接訪問這個(gè)對(duì)象而不必復(fù)制。
RVO是有限制條件的，在某些情況下無(wú)法進(jìn)行優(yōu)化，在一篇關(guān)于MSVC2005的RVO技術(shù)的文章中，提到了3點(diǎn)導(dǎo)致無(wú)法優(yōu)化的情況：
1. 函數(shù)拋異常
關(guān)于這點(diǎn)，我是有疑問的。文章中說(shuō)如果函數(shù)拋異常，開不開RVO結(jié)果都一樣。如果函數(shù)拋異常，無(wú)法正常的返回，我當(dāng)然不會(huì)要求編譯器去做RVO了。
2. 函數(shù)可能返回具有不同變量名的對(duì)象
Message getMessage_NoRVO1(int in)
{
? ? Message msg1;
? ? msg1.a = 1;
?
? ? Message msg2;
? ? msg2.a = 2;
?
? ? if (in % 2)
? ? {
? ? ? ? return msg1;
? ? }
? ? else
? ? {
? ? ? ? return msg2;
? ? }
}經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，在GCC上確實(shí)也是這樣的，拷貝構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用了。但這種情況在很多時(shí)候應(yīng)該都是可以通過(guò)重構(gòu)避免的。
Message::Message() is called
Message::Message() is called
Message::Message(const Message &msg) is called
Message::~Message() is called
Message::~Message() is called
Message::~Message() is called
3. 函數(shù)有多個(gè)出口
Message getMessage_NoRVO2(int in)
{
? ? Message msg;
? ? if (in % 2)
? ? {
? ? ? ? return msg;
? ? }
? ? msg.a = 1;
? ? return msg;
}這個(gè)在GCC上驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)RVO仍然生效，查看匯編發(fā)現(xiàn)只有一個(gè)retq指令，多個(gè)出口被優(yōu)化成一個(gè)了。
以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。
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