Essa afirmação é velha e existe justamente pois os compiladores não sabiam otimizar o código bem antigamente, resultando em um executável com performance questionável (a variável é copiada, e cópias podem ter um custo alto). Hoje em dia, retornar algo local pode ser até melhor que usar parâmetros de saída. Claro, nunca confie em frases populares sobre otimizações, sempre faça os cálculos e medidas de performance do seu programa pra tirar qualquer conclusão.
Temos dois nomes para os tipos de otimizações possíveis nesse caso:
- RVO: Return Value Optimization (otimização de valor de retorno em Português), e
- NRVO: Named Return Value Optimization (otimização de valor de retorno com nome em Português), que basicamente é uma variação de RVO pra casos quando o valor tem um nome (i.e. é uma variável).
Essas duas técnicas de otimização estão dentro da técnica Copy Elision (elisão/omissão de cópia em Português). Em c++17, elisão de cópia faz parte da padronização. Antes, essa técnica era mencionada como permitida, mas não entrava em muitos detalhes sobre quais casos eram ou não permitidos de omitir cópias.
Com tudo isso dito, agora podemos observar os efeitos de RVO e NRVO:
Quando a técnica de otimização RVO é aplicada com sucesso, a cópia (que antes seria feita) de um objeto, que acabara de ser criado e retornado pela função, é omitida, fazendo com que a área de armazenamento desse objeto seja o mesmo do objeto que está recebendo esse valor de retorno. Pra ficar mais claro, o seguinte código:
#include <string>
std::string foo() { return "teste"; }
auto s = foo();
É transformado para o seguinte:
#include <string>
std::string s;
void foo() { s = "teste"; }
foo();
Perceba como a otimização usou o armazenamento da variável de fora s
para atribuir a string literal "teste"
, em vez de criar uma nova std::string
e copiar esse objeto pro s
. Compilando com GCC 7.3 e com otimização nível 3, temos o seguinte corpo para a função std::string foo()
:
foo[abi:cxx11]():
lea rdx, [rdi+16] # Calcula o local onde `s` está
mov rax, rdi
mov DWORD PTR [rdi+16], 1953719668 # Escreve "teste" no buffer de `s`.
mov BYTE PTR [rdi+20], 101
mov QWORD PTR [rdi+8], 5 # Escreve o tamanho da string.
mov QWORD PTR [rdi], rdx
mov BYTE PTR [rdi+21], 0 # Escreve o caractere nulo da string.
ret
Em vez de criar um novo objeto de std::string
, a função foo
apenas assume que o local de armazenamento do objeto já existe (isto é, quem chamou a função já alocou espaço pro objeto) e faz uso dele.
A variação NRVO faz exatamente a mesma coisa, exceto que ela é estendida para variáveis. Se tivéssemos o seguinte código:
#include <string>
std::string foo()
{
std::string s_local = "teste";
s_local[0] = 'T';
return s_local;
}
auto s = foo();
Teríamos exatamente a mesma saída otimizado, com a única adição de um mov BYTE PTR [rdi+16], 84
no fim, que altera o primeiro caractere da string pra um T maiúsculo. Isto é, s_local
e s
terão o mesmo local de armazenamento após a otimização.
Existe alguns casos em que a otimização NRVO não pode ser aplicada facilmente. Se apenas retornarmos a mesma variável local, então a aplicação da NRVO é trivial. Caso contrário, se tivermos retornos de múltiplos valores, então estamos em um caso difícil para a NRVO, e provavelmente a otimização não será efetuada. Por exemplo:
std::string foo(bool b)
{
std::string s1 = "abc";
std::string s2 = "def";
return b ? s1 : s2;
}
Aqui, o compilador pode até conseguir aplicar NRVO (escrevendo "abc"
ou "def"
na string, dependendo do valor de b
), mas assim que o código vai ficando mais complexo, as chances de NRVO ser aplicado com sucesso diminuem. Em contraste, se apenas tivermos retornos de sempre a mesma variável, a função pode ficar o quão complexa quiser, que a aplicação de NRVO será trivial independentemente.
Por fim, aqui está a saída da sua função (brevemente alterada) de alguns compiladores (compilando com c++17 em todos).
#include <string>
#include <algorithm>
std::string foo()
{
std::string s = "teste";
std::transform(begin(s), end(s), begin(s),
[](char c) { return c - 32; });
return s;
}
Com GCC 7.3 e nível de otimização 3:
foo[abi:cxx11]():
lea rdx, [rdi+16] # Calcula o começo da string que já existe fora da função
mov DWORD PTR [rdi+16], 1953719668 # Escreve "teste"
mov BYTE PTR [rdi+20], 101
mov rax, rdi
mov QWORD PTR [rdi+8], 5
mov BYTE PTR [rdi+21], 0
mov QWORD PTR [rdi], rdx
sub BYTE PTR [rdi+16], 32 # Sequência de subtração (pra passar pra maiúsculo)
sub BYTE PTR [rdi+17], 32 # que foi desenrolado de `std::transform`
sub BYTE PTR [rdi+18], 32
sub BYTE PTR [rdi+19], 32
sub BYTE PTR [rdi+20], 32
ret
Com Clang 6.0.0, nível de otimização 3 e também compilando com libstdc++:
foo[abi:cxx11](): # @foo[abi:cxx11]()
lea rax, [rdi + 16]
mov qword ptr [rdi], rax
mov qword ptr [rdi + 8], 5
mov dword ptr [rdi + 16], 1414743380 # Clang conseguiu remover o `std::transform`
mov word ptr [rdi + 20], 69 # e já passou a string na versão maiúscula
mov rax, rdi
ret
Você pode brincar e testar com as saídas dos compiladores no Compiler Explorer Godbolt.