C++ return 語句底層機制：結構體回傳值的堆疊幀與臨時物件真相

當函數回傳 struct/class 物件時，編譯器在背後做了什麼？本文通過反組譯碼逐行解析，揭示 回傳值優化（RVO/NRVO）之前的經典實作：呼叫端預留空間、傳遞隱藏指標、被呼叫端構造臨時物件、呼叫端再拷貝/移動的完整流程。

實驗程式碼

struct Big { char buf[100]; int i; long d; } B, B2;
Big bigfun(Big b) { b.i = 100; return b; }
int main() { B2 = bigfun(B); }

關鍵堆疊幀佈局差異

因寄存器太小無法裝下大型結構體，呼叫端在堆疊預留空間，將其首地址作為隱藏第一參數傳給被呼叫函數（EBP+8 位置）。

完整執行流程（x86 cdecl）

1. main：sub esp, 118h 預留空間 → 低址放 bigfun 回傳臨時物件，高址放 B2.operator= 參數。
2. 呼叫 bigfun：將 B 複製到參數區（rep movs）→ lea eax, [ebp-0D8h] 取臨時物件地址 → push eax 傳隱藏參數 → call bigfun。
3. bigfun 內部：修改參數 b.i=100 → rep movs 將 b 複製到隱藏參數指向的臨時物件 → mov eax, [ebp+8] 將臨時物件地址回傳於 EAX。
4. 返回 main：add esp, 70h 清理參數 → rep movs 臨時物件 → B2.operator= 參數 → 再 rep movs 到 B2 實際位置。

核心結論

1. 結構體回傳值在堆疊上，不在堆上。臨時物件佔用呼叫端堆疊幀空間。
2. 隱藏參數傳遞地址是編譯器約定俗成的 ABI（Application Binary Interface）。
3. 涉及兩次拷貝：被呼叫端 → 臨時物件 → 呼叫端目標物件。優化編譯器會施行 RVO/NRVO 直接在目標位置構造，省去拷貝。
4. 堆疊幀增大：sub esp, 118h 顯示 main 預留了兩個 Big 大小的空間。

現代 C++ 建議

• 優先回傳 std::optional<Big> 或值型別，依賴 RVO/NRVO（C++17 強制保證）與移動語義。
• 避免回傳大型結構體的指標/引用指向區域物件（懸空引用）。
• 若效能極度敏感，考慮傳出參數 void bigfun(Big& out, const Big& in) 明確控制記憶體佈局。

透過反組譯碼看清 return 的真面目，能讓你在優化熱點路徑、排查物件生命週期 Bug 時，擁有「看穿編譯器」的 X 光眼。