常量指针数组还是指向数组的指针？ C语言中什么更快？

Question

你好，我现在正在上 C 中级课程，这个想法刚刚出现在我的脑海中：

int multi[3][4]; // const multidimensional array

int* ptr = *multi; // ptr is a pointer variable that hold the address of multi const array

那么，访问多维数组位置更快/更小/优化的方法是什么？

这个：

multi[3][1]; // index the value position

或

*(*(multi+2)+1); // pointer to the position on the array

或（更新）

ptr += 9; // pointer arithmetic using auxiliary pointer

由于“multi”是一个常量数组，编译器应该“知道”元素位置的本地化，以防使用指向该数组的变量指针，这可能需要更多的处理时间，另一方面搜索我想要显示的项目时，手可能会更快。更快/更小/优化的方法是什么？

先感谢您。

Answer 1

它们都以相同的方式编译，*(pointer_to_first_element + x + y)。

Answer 2

首先

int multi[3][4];

不是 const 数组。该声明中没有任何 const 内容。

其次，

int* ptr = *multi;

将使ptr指向元素multi[0][0]。数值上它与multi[0]的地址和整个multi的地址相同，但类型不同。

第三，

multi[3][1];

根据定义，与 相同

*(*(multi + 3) + 1);

，因此性能上不存在合理的差异。它与上面所说的有何联系尚不清楚。

第四，

*ptr + 9;

其中没有任何“指针算术”。它相当于

multi[0][0] + 9;

普通的积分加法。同样，它与上面所说的内容有何联系尚不清楚。

最后，您的问题的标题为“常量指针数组或指向数组的指针”，而在问题的实际文本中我两者都没有看到。

Answer 3

如果你的代码被抛弃，那么无论你的代码有多快都没有关系，因为没有人能够理解和维护它；此外，棘手的代码有时会阻止编译器进行更好的优化。

例如：

int main(void)
{
  int arr[3][4] = {{0,1,2,3},{4,5,6,7},{8,9,10,11}};
  int *p = *arr; // == arr[0] == &arr[0][0]

  int x;

  x = arr[2][3];         // Straightforward array access
  x = *(*(arr+2)+3);     // Ugly pointer arithmetic
  x = *(ptr + 11);       // Slightly less ugly pointer arithmetic

  return 0;
}

我通过 gcc -c -g -Wa,-a,-ad > 运行了上面的内容foo.lst 以交错生成生成的程序集和源代码。

这是 x = arr[2][3]; 的翻译：

movl      -16(%ebp), %eax     
movl      %eax, -8(%ebp)      

这是 x = *(*(arr+2)+3); 的翻译：

leal      -60(%ebp), %eax
addl      $44, %eax
movl      (%eax), %eax
movl      %eax, -8(%ebp)

最后，x = *(ptr + 11); 的翻译：

movl      -12(%ebp), %eax
addl      $44, %eax
movl      (%eax), %eax
movl      %eax, -8(%ebp)

不要试图超越你的编译器。现在已经不是 20 世纪 70 年代了。 gcc 知道如何有效地进行数组访问，而无需您告诉它。

您甚至不应该考虑此级别的性能除非您已经调整了算法和数据结构，在编译器上使用了最高的优化设置（FWIW，-O1 为所有三个版本生成相同的代码），并且您仍然无法满足硬性能要求（在这种情况下，正确的答案通常是购买更快的硬件）。在没有首先通过分析器运行代码以找到真正的瓶颈之前，您不应该更改任何内容。 测量，不要猜测。

编辑

当然，当文字 2 和 3 被变量替换时，情况就会发生变化。在这种情况下，*(ptr + offset); 看起来效果最好。但幅度不大。我仍然认为在这个层面上清晰度更重要。

Answer 4

a[i] 表示 *(a+i)，其实也可以写i[a]你的编译器会接受它。

无论如何，理论上，*(ptr+i) 可能比 ptr[j][k] 稍快一些，因为您正在执行一次加法（而 ptr [j][k] 可能需要 2)。

Answer 5

我不确定 const 数组来自哪里，但为了讨论，我们假设原始帖子中有一些。

由于原始发布者没有明确提及 PC 编程，const 数组和常规数组不一定以相同的方式编译。

在嵌入式系统中，如果 const 数组分配在真正的非易失性存储器（即具有真正 ROM 的嵌入式应用程序）中，则 const 数组可能比非 const 数组慢。速度慢与 ROM 的访问时间有关，并且与硬件高度相关。

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关于指针运算，这是访问数组的唯一方法。 C语言中的数组语法就是编译器人所说的“语法糖”，即只是为了看起来而已。 这样的数组访问

像arr[i]

被编译器翻译为

*(arr+i)

，它们在性能和功能上是等效的。