为什么 std::tuple 会破坏 C++ 中的小尺寸结构调用约定优化？

Question

C++ 有一个小尺寸结构调用约定优化，其中编译器在函数参数中传递小尺寸结构的效率与传递基本类型（例如，通过寄存器）一样高效。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)); }

除了分别调用

bar1()

 和 

bar2()

 之外，

foo(int)

和

foo(MyInt)

生成几乎相同的汇编代码。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>

，情况就会不同：

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，小型结构体（

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 更脏一些（这应该接近于不完整的朴素元组实现）：

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。 （Godbolt 链接在这里）所以我想这一定是 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

foo(std::tuple<int>)

的定义是可见的并且没有标记为 noinline。但是我想知道标准或实现的哪一部分导致了这个优化的失效。

仅供参考，如果您对我正在使用

std::tuple

做什么感到好奇，我想创建一个包装类（即strong typedef）并且不想声明比较运算符（operator<==>的先前到 C++20）我自己并且不想打扰 Boost，所以我认为

std::tuple

是一个很好的基类，因为一切都在那里。

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OP的编辑： Daniel Langr 在下面的答案中指出了根本原因。另请检查该答案下的评论。 并且已经有在一年后提交了对此的修复，并自 gcc 12.1.0 发布以来合并到 gcc，这已经是近 2 年后的事了。

Answer 1

这似乎是ABI的问题。例如，Itanium C++ ABI 为：

如果参数类型

对于调用而言非常重要，则调用者必须为临时对象分配空间并通过引用传递该临时对象。

并且，

进一步：

如果某个类型具有

非平凡的复制构造函数、移动构造函数或析构函数，或者其所有复制和移动构造函数都被删除，则该类型被视为对于调用而言是非平凡的。

AMD64 ABI 草案 1.0 中也有相同的要求。

例如，在

libstdc++ 中，std::tuple

 有重要的移动构造函数：

https://godbolt.org/z/4j8vds。标准规定复制和移动构造函数都是默认的，这里满足了。然而，同时，tuple继承自_Tuple_impl并且_Tuple_impl

有一个用户定义的移动构造函数

。结果，tuple

本身的移动构造函数不可能是微不足道的。

相反，在

libc++中，std::tuple<int>

的复制和移动构造函数都是微不足道的。因此，参数在寄存器中传递：

https://godbolt.org/z/WcTjM9.

至于

Microsoft STL，std::tuple<int>

 显然既不能复制构造也不能移动构造。它甚至似乎违反了 C++ 标准规则。 

std::tuple

 是递归定义的，并且在递归结束时， 

std::tuple<>

 特化定义了 

非默认复制构造函数。关于这个问题有一个评论：// TRANSITION, ABI: should be defaulted

。由于 

tuple<>

 没有移动构造函数，因此 

tuple<class...>

 的复制和移动构造函数都非常重要。

Answer 2

正如 @StoryTeller 所建议的，它可能与导致此行为的

std::tuple

 内用户定义的移动构造函数有关。

参见示例：

https://godbolt.org/z/3M9KWo

用户定义的移动构造函数会导致

非优化程序集：

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默认值

for tuple_leaf

和 for tuple，并且您将获得小尺寸结构调用约定优化 for std::tuple<int> 但 不适合std::tuple<std::string>，它固定着一个不可平凡的可移动部件，因此本身自然变得不可平凡地移动。