C++小对象性能

Question

在我的程序代码中有各种相当小的对象,范围从一个字节或2到16左右.例如Vector2(2*T),Vector3(3*T),Vector4(4*T),ColourI32(4),LightValue16(2) ),Tile(2)等(括号中的字节大小).

正在做一些分析(基于样本),这导致我比一些慢于预期的功能,例如

//4 bits per channel natural light and artificial RGB
class LightValue16
{
...
    explicit LightValue16(uint16_t value);
    LightValue16(const LightValueF &);
    LightValue16(int r, int g, int b, int natural);

    int natural()const;
    void natural(int v);
    int artificialRed()const;
    ...
    uint16_t data;
};
...
LightValue16 World::getLight(const Vector3I &pos)
{ ... }

这个函数做了一些数学运算,通过几个数组查找值,在世界的填充部分之上有一些默认值.内容很好地内联,看着反汇编看起来尽可能好.有大约100个指令.然而有一点是突出的,在所有返回网站上它实现了类似的东西:

mov eax, dword pyt [ebp + 8]
mov cx, word ptr[ecx + edx * 2] ; or say mov ecx, Fh
mov word ptr [eax], cx
pop ebp
ret 10h

对于x64,我看到了几乎相同的东西.我没有检查我的GCC构建,但我怀疑它确实完全相同.

我做了一个小实验,并使用uint16_t返回类型找到.它实际上导致了World :: getLight函数内联(看起来几乎相同的核心80指令左右,没有条件/循环不同的作弊)和我正在调查的外部函数的总CPU使用率从16.87 %到14.04%虽然我可以根据具体情况来做这件事(同时尝试强制内联的东西),有什么实际的方法可以避免这样的性能问题开始吗？甚至可能在整个代码中加快几个百分点？

我刚才能想到的最好的就是在这种情况下使用原始类型(<4或者可能是8个字节的对象)并将所有当前成员的东西移动到非成员函数中,所以更像是在C中完成,只是使用名称空间.

考虑到这一点,我想在"t foo(浮动x,浮动y,浮动z)"之类的"t foo(const Vector3F&p)"之类的东西经常会有成本吗？如果是这样,在一个广泛使用const&的程序中,它是否会增加显着的差异？

Answer 1

在这个问题的评论中已经有很多讨论，是否允许编译器将您分析的函数class LightValue16作为简单函数处理。uint16_t

如果您的类不包含特殊的魔法（如虚函数） ，并且整个类对分析的函数可见，则编译器可以生成与仅使用 `uint16_t 类型 100% 同等有效的代码。

问题是“能”。尽管所有像样的编译器通常都会生成 100% 快的代码，但偶尔会出现一些优化不会被应用的情况，或者至少生成的代码会有所不同。可能只是启发式的参数发生变化（例如，不会应用内联，因为由于类的原因，某些优化步骤中只保留了一点点代码），或者某些优化过程在这个阶段确实需要一个普通的数字类型，这甚至不是编译器中真正的错误。例如，如果您将“template < bool NotUsed>”添加到上面的类中，这可能会更改编译器内的优化步骤，尽管从语义上讲您的程序不会改变。

因此，如果您想 100% 确定，请直接仅使用 int 或 double。但在 90% 的情况下，它会达到 100% 的速度，只有在 10% 的情况下，它才会达到 90% 的性能，这对于 99%（但不是 100%）的所有用例来说应该没问题。