访问类成员时的性能

Question

我正在编写一些对性能至关重要的东西，并且想知道如果我使用以下内容是否会产生影响：

int test( int a, int b, int c )
{
    // Do millions of calculations with a, b, c
}

或者

class myStorage
{
public:
  int a, b, c;
};

int test( myStorage values )
{
   // Do millions of calculations with values.a, values.b, values.c
}

• 这基本上会产生类似的代码吗？访问类成员是否有额外的开销？

我确信 C++ 专家对此很清楚，所以我现在不会尝试为其编写一个不切实际的基准测试

Answer 1

编译器可能会均衡它们。如果它有脑子的话，它会将 values.a、values.b 和 values.c 复制到局部变量或寄存器中，这也是简单情况下发生的情况。

相关格言：

1. 过早优化是万恶之源。

2. 写下它，以便您可以在六个月后的凌晨 1 点阅读它，并且仍然了解您想要做什么。

   写下它，以便

3. 大多数时候，重要的优化来自于重构算法，而不是变量访问方式的微小变化。是的，我知道有例外，但这可能不是其中之一。

Answer 2

这听起来像是过早的优化。

话虽如此，存在一些差异和机会，但它们会影响对函数的多次调用，而不是影响函数的性能。

首先，在第二个选项中，您可能希望将 MyStorage 作为常量引用传递。
因此，您编译的代码可能会将单个值推入堆栈（以允许您访问容器），而不是推入三个单独的值。如果您有其他字段（除了 ac 之外），不将 MyStorage 作为引用发送实际上可能会花费更多，因为您将调用复制构造函数并实质上复制所有其他字段。所有这些都是每次调用的成本，而不是函数内的成本。

如果您在函数中使用 ab 和 c 进行大量计算，那么如何传输或访问它们并不重要。如果您通过引用传递，初始成本可能会稍高一些（因为您的对象，如果通过引用传递，可能位于堆上而不是堆栈上），但是一旦第一次访问，机器上的缓存和寄存器可能会意味着低成本的访问。如果您按值传递了对象，那么这实际上并不重要，因为即使最初，这些值也将位于堆栈附近。

对于您提供的代码，如果这些是唯一的字段，则可能不会有差异。 “values.variable”仅解释为堆栈中的偏移量，而不是“查找一个对象，然后访问另一个地址”。

当然，如果您不购买这些参数，只需在函数中定义局部变量作为第一步，从对象中复制值，然后使用这些变量即可。如果您确实多次使用它们，则此副本的初始成本并不重要:)

Answer 3

不，你的CPU会缓存你一遍又一遍使用的变量。

Answer 4

我认为有一些开销，但可能不多。因为对象的内存地址会保存在栈中，指向堆内存对象，然后访问实例变量。

如果将变量 int 存储在堆栈中，速度会更快，因为该值已经在堆栈中，机器只需前往堆栈将其取出来进行计算:)。

它还取决于您是否将类的实例变量值存储在堆栈上。如果在 test() 内部，您确实喜欢：

int a = objA.a;
int b = objA.b;
int c = objA.c;

我认为性能几乎相同

Answer 5

如果您确实正在编写对性能至关重要的代码，并且您认为一个版本应该比另一个版本更快，请编写两个版本并测试时序（使用使用正确的优化开关编译的代码）。您甚至可能想查看生成的汇编代码。很多事情都会影响代码片段的速度，这些因素非常微妙，例如寄存器溢出等。

Answer 6

您也可以启动您的函数，

int & a = values.a;
int & b = values.b;

尽管编译器应该足够智能，可以在幕后为您执行此操作。一般来说，我更喜欢传递结构或类，这通常使函数的用途更加清晰，而且您不必每次想要考虑另一个参数时都更改签名。

Answer 7

与您之前的类似问题一样：这取决于编译器和平台。如果有任何差异，那也是非常小的。

堆栈上的值和对象中的值通常都使用指针（堆栈指针或 this 指针）和某个偏移量（函数堆栈帧中的位置或函数内部的位置）来访问。班级）。

在某些情况下，它可能会产生影响：

• 根据您的平台，堆栈指针可能保存在 CPU 寄存器中，而 this 指针可能不会。如果是这种情况，访问 this （可能在堆栈上）将需要额外的内存查找。

• 内存位置可能不同。如果内存中的对象大于一个缓存行，则字段将分布在多个缓存行上。仅将相关值放在堆栈帧中可能会提高缓存效率。

但请注意，我在这里使用“可能”这个词的频率。唯一确定的方法就是测量它。

Answer 8

如果您无法分析程序，请打印出代码片段的汇编语言。

一般来说，更少的汇编代码意味着更少的执行指令，从而提高性能。这是一种在分析器不可用时粗略估计性能的技术。

汇编语言列表将允许您查看实现之间的差异（如果有）。