在C++（C++11）中有了移动语义后，标准库中的很多容器都实现了原地构建对象的接口， 例如 vector::emplace_pack。 得益于此，在适当的场合下，可以大量减少临时对象的创建和对象拷贝， 从而提升程序性能。因此想到rust应该也有类似的机制， 来避免不必要的对象创建和拷贝开销。
C++移动语义：将一个右值（比如一个临时对象表达式）传给一个函数的时候，是优先绑定到参数形式是右值引用的函数上的
测试验证以Arc对象创建为测试例子：
+ 创建临时变量，传入临时变量创建Arc： create_arc_with_temp_var
+ 原地创建， 直接在new入参里创建对象：create_arc_inplace
猜测原地创建方式会使用移动语义，不会有对象拷贝发生。通过临时变量创建， 会发生一次对象拷贝，性能下降。
以下为完整测试代码：
use std::sync::atomic::AtomicI64;
static GVALUE: AtomicI64 = AtomicI64::new(0);
const BUFFER_SIZE:usize = 10240;
struct TestClass {
a: i64,
b: i64,
buf: [u8; BUFFER_SIZE], // 使用大数组来模拟超大对象
}
/// 创建普通对象，参考组
fn create_normal() -> TestClass {
let v = GVALUE.fetch_add(1, std::sync::atomic::Ordering::SeqCst); // 防止编译器优化，下同
TestClass{ a: v, b:0, buf: [0;BUFFER_SIZE]}
}
fn create_arc_with_temp_var() -> std::sync::Arc {
let v = GVALUE.fetch_add(1, std::sync::atomic::Ordering::SeqCst);
let obj = TestClass{ a: v, b:0, buf: [0;BUFFER_SIZE]};
std::sync::Arc::new(obj)
}
fn create_arc_inplace() -> std::sync::Arc {
let v = GVALUE.fetch_add(1, std::sync::atomic::Ordering::SeqCst);
std::sync::Arc::new(TestClass{ a: v, b:0, buf: [0; BUFFER_SIZE]})
}
pub fn test_main() {
let repeat: usize = 1000000;
let mut sum: i64 = 0;
let mut bufsize:usize = 0;
let start_time = std::time::SystemTime::now();
for _ in 0..repeat {
let obj = create_normal();
// 下面两句避免编译器警告和阻止编译器优化， 下同。
sum += obj.a + obj.b;
bufsize += obj.buf.len();
}
println!("create normal: {:?}", start_time.elapsed().unwrap());
sum = 0;
bufsize = 0;
let start_time = std::time::SystemTime::now();
for _ in 0..repeat {
let obj = create_arc_with_temp_var();
sum += obj.a + obj.b;
bufsize += obj.buf.len();
}
println!("create arc with temp var: {:?}", start_time.elapsed().unwrap());
sum = 0;
bufsize = 0;
let start_time = std::time::SystemTime::now();
for _ in 0..repeat {
let obj = create_arc_inplace();
sum += obj.a + obj.b;
bufsize += obj.buf.len();
}
println!("create arc inplace: {:?}", start_time.elapsed().unwrap());
println!("done {}-{}", sum, bufsize);
}
fn main() {
test_main();
}
- 保存为 test.rs, 直接使用rustc进行默认选项编译：rustc test.rs -o test.exe, 执行test.exe结果：
create normal: 634.3058ms create arc with temp var: 2.1003936s create arc inplace: 1.5110131s
可以看出， 确实如猜测一样，原地创建的方式更快。
生成中间汇编文件rustc --emit asm=test.S test.rs，从汇编看是否有对象拷贝发生:
.seh_proc _ZN7arctest24create_arc_with_temp_var17heca6a2e43008164bE movl $30808, %eax callq __chkstk subq %rax, %rsp .seh_stackalloc 30808 .seh_endprologue movb $4, 55(%rsp) movb 55(%rsp), %r8b leaq _ZN7arctest6GVALUE17h56fc0879255456eaE(%rip), %rcx movl $1, %edx callq _ZN4core4sync6atomic9AtomicI649fetch_add17hc2e5755d85a2d4e3E movq %rax, 40(%rsp) leaq 10312(%rsp), %rcx xorl %edx, %edx movl $10240, %r8d callq memset movq 40(%rsp), %rax movq %rax, 56(%rsp) movq $0, 64(%rsp) leaq 56(%rsp), %rcx addq $16, %rcx leaq 10312(%rsp), %rdx movl $10240, %r8d callq memcpy leaq 20552(%rsp), %rcx leaq 56(%rsp), %rdx movl $10256, %r8d callq memcpy # 多了一次拷贝 leaq 20552(%rsp), %rcx callq _ZN5alloc4sync12Arc$LT$T$GT$3new17hbf63ab203eef9e84E movq %rax, 32(%rsp) movq 32(%rsp), %rax addq $30808, %rsp retq .seh_endproccreate_arc_inplace
seh_proc _ZN7arctest18create_arc_inplace17hfe33c4907cd49bc4E movl $20552, %eax callq __chkstk subq %rax, %rsp .seh_stackalloc 20552 .seh_endprologue movb $4, 55(%rsp) movb 55(%rsp), %r8b leaq _ZN7arctest6GVALUE17h56fc0879255456eaE(%rip), %rcx movl $1, %edx callq _ZN4core4sync6atomic9AtomicI649fetch_add17hc2e5755d85a2d4e3E movq %rax, 40(%rsp) leaq 10312(%rsp), %rcx xorl %edx, %edx movl $10240, %r8d callq memset movq 40(%rsp), %rax movq %rax, 56(%rsp) movq $0, 64(%rsp) leaq 56(%rsp), %rcx addq $16, %rcx leaq 10312(%rsp), %rdx movl $10240, %r8d callq memcpy leaq 56(%rsp), %rcx callq _ZN5alloc4sync12Arc$LT$T$GT$3new17hbf63ab203eef9e84E movq %rax, 32(%rsp) movq 32(%rsp), %rax addq $20552, %rsp retq .seh_endproc
从汇编来看， 临时变量的创建方式确实是多了一次拷贝。但是栈上到堆上的拷贝依然发生了：
std::sync::Arc::new
.seh_proc _ZN5alloc4sync12Arc$LT$T$GT$3new17hbf63ab203eef9e84E .seh_handler __CxxFrameHandler3, @unwind, @except pushq %rbp .seh_pushreg %rbp movl $10416, %eax callq __chkstk subq %rax, %rsp .seh_stackalloc 10416 leaq 128(%rsp), %rbp .seh_setframe %rbp, 128 .seh_endprologue movq $-2, 10280(%rbp) movq %rcx, -40(%rbp) movb $0, 10263(%rbp) movb $1, 10263(%rbp) movl $10272, %ecx movl $8, %edx callq _ZN5alloc5alloc15exchange_malloc17h3c474a0026f2bb85E movq %rax, -32(%rbp) .Ltmp10: movl $1, %ecx callq _ZN4core4sync6atomic11AtomicUsize3new17hf7ef8b97eb7f268bE .Ltmp11: movq %rax, -24(%rbp) jmp .LBB74_1 .LBB74_1: movq -24(%rbp), %rax movq %rax, 10264(%rbp) movq 10264(%rbp), %rax movq %rax, -16(%rbp) .Ltmp12: movl $1, %ecx callq _ZN4core4sync6atomic11AtomicUsize3new17hf7ef8b97eb7f268bE .Ltmp13: movq %rax, -48(%rbp) jmp .LBB74_3 .LBB74_3: movq -40(%rbp), %rdx movq -48(%rbp), %rax movq %rax, 10272(%rbp) movq 10272(%rbp), %rax movq %rax, -8(%rbp) movb $0, 10263(%rbp) movq %rbp, %rcx movq %rcx, -72(%rbp) movl $10256, %r8d movq %r8, -64(%rbp) callq memcpy # 栈到堆拷贝 # ...
说明rust并没有实现真正的原地创建（类似C++原地构造机制）。
- 开启编译优化，再来看结论是否一致：rustc test.rs -o test_opt.exe -O
create normal: 11.3087ms create arc with temp var: 422.8822ms create arc inplace: 436.6645ms
时间消耗基本一致， 应该是编译器把这个拷贝优化掉了。感兴趣的可以自行分析汇编。
结论rustc不支持原地构建，不管以何种方式创建Arc依然会发生栈到堆的拷贝，但其编译器优化对临时变量的优化还是比较到位的。 尽管编译器优化足够优秀，我们在写代码时，还是应该尽量减少临时变量的创建，尽可能使用原地构建的方式， 避免在特定场景下编译器优化生效。
注：测试所用的rustc版本 rustc 1.56.0 (09c42c458 2021-10-18)
