C 如何避免多次取消引用同一变量？

Question

我有一个结构数组，并且有一些函数将使用这些结构的几个成员。我想避免每一行中的取消引用。我认为有某种方法可以在某个内存位置声明变量...类似：

someStruct &myStruct = arrayOfStructs[i];
myStruct.x = foo+bar*myStruct.y*myStruct.w;
//Instead of myStruct->x = foo+bar*myStruct->y*myStruct->w;
//It would/should even be possible to access the members in a similar way:
int &x = &myStruct.x;
x = x+4*y+2*z;
//This should avoid overhead of dereferencing the pointer, and offsetting to the member
//by just accessing that particular address of memory as though it was where the variable
//had always been.

这段示例代码可能有助于解释：

#define NUM_BIGSTRUCTS 10000

typedef struct {
  int a,b,c;
  float d,e,f;
} bigStruct;

bigStruct* arrayOfStructs;

void foo() {
  for(int i=0; i<NUM_BIGSTRUCTS; i++) {
    bigStruct* temp = arrayOfStructs[i];
    temp->f = (temp->d+temp->e)*((float)temp->a+temp->e);
    //more similar, with conditionals, etc...
    //actually I've got nested loops, and a very very large array
    //so any gains per inner loop would decrease my number of instructions exponentially

    //So, if I could declare a bigStruct and set its address to the location of a bigStruct in the array
    //then I could avoid a dereference every time I access a member of that bigStruct
    //Leaving just the member access overhead... which could be handled in a similar manner
    //if possible, and when appropriate
  }
}

int main(int argx, char** argv) {
  arrayOfStructs = g_new0(bigStruct,NUM_BIGSTRUCTS); //Allocate and 0 memory for simplicity

  foo();

  return 0;
}

我从来没有在 SO 上取得过巨大的成功，所以希望我解释了我的意思试图做。顺便说一句，我正在使用 C99，鉴于 c 的低级性质，我相信这是可能的。

[编辑] 看起来我正在寻找 C++ 的“引用”，但对于 C。即便如此，它们只允许赋值一次（初始化），这在我的示例中不起作用。我决定依靠编译器来优化对同一内存部分的多次访问。

谢谢， 詹姆斯·纽曼

Answer 1

您正在尝试编译器优化比您手动执行的操作要好得多的操作。另外，C99 并没有您在示例中尝试定义它们的方式（特别是 C++ 解除引用声明）这些引用结构，如果您也变得非常大和深入，我建议您重新考虑您的算法。如果您尝试引入一些临时变量和更多内存来进行引用，您的生活将会变得更加困难。

例如，如果您查看：

struct some_struct {
        int a;
        struct {
                float f;
                double d;
        } s;
};

struct some_struct array[10000];

int process1(struct some_struct *r) {
#define R (*r)
        R.a+= 1;
        R.s.f = R.s.f/2;
        R.s.d = ( R.s.d + R.s.f ) * 2;
}

int process2(struct some_struct *r) {
        r->a+= 1;
        r->s.f = r->s.f/2;
        r->s.d = ( r->s.d + r->s.f ) * 2;
}

int doit() {
        int i;
        for (i = 0; i < sizeof(array)/sizeof(struct some_struct); i++ ) {
                struct some_struct *r = &array[i]; /* via reference */
                process1(r);
                process2(r);
        }
}

process1 和 process2 在 x86_64 平台上使用 gcc -O2 生成相同的汇编输出：

        .file   "foo.c"
        .text
        .p2align 4,,15
        .globl  process1
        .type   process1, @function
process1:
.LFB11:
        .cfi_startproc
        movss   .LC0(%rip), %xmm0
        addl    $1, (%rdi)
        mulss   8(%rdi), %xmm0
        movss   %xmm0, 8(%rdi)
        unpcklps        %xmm0, %xmm0
        cvtps2pd        %xmm0, %xmm0
        addsd   16(%rdi), %xmm0
        addsd   %xmm0, %xmm0
        movsd   %xmm0, 16(%rdi)
        ret
        .cfi_endproc
.LFE11:
        .size   process1, .-process1
        .p2align 4,,15
        .globl  process2
        .type   process2, @function
process2:
.LFB12:
        .cfi_startproc
        movss   .LC0(%rip), %xmm0
        addl    $1, (%rdi)
        mulss   8(%rdi), %xmm0
        movss   %xmm0, 8(%rdi)
        unpcklps        %xmm0, %xmm0
        cvtps2pd        %xmm0, %xmm0
        addsd   16(%rdi), %xmm0
        addsd   %xmm0, %xmm0
        movsd   %xmm0, 16(%rdi)
        ret
        .cfi_endproc
.LFE12:
        .size   process2, .-process2
        .p2align 4,,15
        .globl  doit
        .type   doit, @function
doit:
.LFB13:
        .cfi_startproc
        xorl    %edx, %edx

        movss   .LC0(%rip), %xmm2
        .p2align 4,,10
        .p2align 3
.L4:
        leaq    (%rdx,%rdx,2), %rax
        addq    $1, %rdx
        leaq    array(,%rax,8), %rax
        movss   8(%rax), %xmm1
        addl    $2, (%rax)
        mulss   %xmm2, %xmm1
        cmpq    $10000, %rdx
        unpcklps        %xmm1, %xmm1
        cvtps2pd        %xmm1, %xmm0
        mulss   %xmm2, %xmm1
        addsd   16(%rax), %xmm0
        movss   %xmm1, 8(%rax)
        unpcklps        %xmm1, %xmm1
        cvtps2pd        %xmm1, %xmm1
        addsd   %xmm0, %xmm0
        addsd   %xmm1, %xmm0
        addsd   %xmm0, %xmm0
        movsd   %xmm0, 16(%rax)
        jne     .L4
        rep
        ret
        .cfi_endproc
.LFE13:
        .size   doit, .-doit
        .comm   array,240000,32
        .section        .rodata.cst4,"aM",@progbits,4
        .align 4
.LC0:
        .long   1056964608
        .ident  "GCC: (GNU) 4.6.1"
        .section        .note.GNU-stack,"",@progbits

Answer 2

但是..没有什么开销可谈！

你想做的实际上是增加开销。

我认为你需要知道你不应该反对一种语言，而应该使用它；否则，就好像您试图用锤子将方钉推入圆孔一样。

Answer 3

你的想法不会拯救你任何东西。指针使您可以使用非本地内存。根据定义，数组中的结构体距离很远，并且您不能在很远的地方声明局部变量——这将是矛盾的。

当您说 int &x = &myStruct.x; 时，您会混淆两个想法：

• 局部变量：您可以很容易地

   int x = temp->x
      //与x一起工作...
      温度->x = x
  

  好处是，当您使用它时，您正在处理靠近您的东西。
  缺点是来回复制，但确实可能有一些东西。

• 指针：另一种方式是

   int *x = &temp->x
     //像使用指针一样使用x
  

  但是，这确实没有太大帮助，因为这与到处使用 temp->x 没有太大区别。 （除非可能很清楚）。考虑一下数组：
  假设您有以下代码：

   int array[25];
    数组[3] = 数组[2] + 数组[3]；
    数组[7] = 数组[3]*数组[7] + 数组[3]<<7;
  

  您建议将其转换为：

   int 数组[25]
   int *a = &array[3], *b=&array[2], *c=&array[7];
   *a = *b+*a;
   *c = (*a)*(*c) + *a<<7;
  

  它可能更具可读性，但生成的代码可能相似，重要的是，您对远程内存的混乱次数完全相同。

Answer 4

我认为您正在寻找放置新运算符，但那是 C++，而不是 C。

除此之外，我同意其他人的观点——不要管它。