C++で返り値のメモリを確保せずにoperatorを実装したい

Question

C++で独自クラスmy_vectorに対する四則演算子を実装しようとしています
いま，加算であればmy_vectorを返り値とするようなoperator+を実装しています．
(以下の例ではmy_vectorの機能はstd::vectorと同じだと思って下さい)．

my_vector<double> operator+(const my_vector<double>& x, const my_vector<double>& y){
  my_vector<double> ret(x.size());
  for(size_t i=0; i<x.size(); i++){
    ret = x[i] + y[i]
  }
  return ret;c
}

int main(){
  size_t N = 100;
  my_vector<double> x(N, 1.0)
  my_vector<double> y(N, 2.0);
  my_vector<double> ans(N);

  N = x + y
}

このとき，operator+関数内でretという返り値に使うための変数を確保しているため，
プログラム全体としては4つのベクトル(x, y, ans, ret)がアロケートされてしまい，メモリが無駄になっています．
main文はそのままに，operator+関数を改造して，何らかの方法でベクトル3本分だけのメモリ消費で上記を実行する方法はないでしょうか．

よろしくお願い致します．

Answer 1

たとえばここにあるような、"Expression Template"「式テンプレート」という技法を使うことで、main関数はそのままに一時オブジェクトをなくすことができます。

しかしコードがかなり長くなり、式をテンプレートの入れ子で表現するため、エラーメッセージがかなり読みにくくなります。

単に行列計算を行いたいだけであれば、Eigenなどの既存のライブラリを使用するのがコスト的にもパフォーマンス的にもよいと思います。
(Expression TemplateはEigenでも使用されています)

Answer 2

・main文はそのままに
・返り値のメモリを確保せずに
を満たせてはいませんが、my_vectorにムーブコンストラクタとムーブ代入演算子を定義したうえでこう？

my_vector<double> operator+(const my_vector<double>& x, const my_vector<double>& y) {
    my_vector<double> ret(x.size());
    for (size_t i = 0; i < x.size(); i++) {
        ret[i] = x[i] + y[i];
    }
    return ret;
}

int main() {
    size_t N = 100;
    my_vector<double> x(N, 1.0);
    my_vector<double> y(N, 2.0);
    my_vector<double> ans(x + y);
    //もしくは my_vector<double> ans = x + y;
}

ムーブについては以下を参照。
右辺値参照・ムーブセマンティクス

Comments

[SHOMI]

これがだめならoperatorではなく、結果の格納先も参照でもらう関数でやるしかないかと。

[yumetodo]

operator+の呼び出し結果はrvalueだからそのstd::moveは無意味です。

[SHOMI]

ご指摘ありがとうございます。
std::move()除去しました。

[Gustave]

うーん．．ありがとうございます．やっぱりこの形だと無駄なメモリを確保するしかないのですね．．．
わかりました．
(多分無理かな．．とは思いますが)もう少しソノママにして，しばらくしたらBAにさせていただきます

[yohhoy]

こちらの回答通りだと "無駄なメモリ" は確保されないと思いますよ。

Answer 3

それ最適化オプション掛けてますか？普通NRVOが働くシーンだと思うのですが。

Comments

[Gustave]

O3はつけてます．NRVOの存在は忘れてました．．
ちゃんとメモリ使用量を見てみます．ありがとうございます

[yumetodo]

C++17でRVOは強制なので、そういうふうに書き換えるのが最終手段ですね

Answer 4

my_vector のメンバ関数として、operator+= を定義すれば、メモリ消費は減らせます。

int main()
{
	size_t N = 100;
	my_vector<double> x(N, 1.0)
	my_vector<double> y(N, 2.0);
	my_vector<double> ans(N);

	(ans = x) += y;    // ans = x + y; と結果は同じ
}