C++ 联合的性能影响

Question

Agner Fog 的“Optimizing software in C++”中指出： union会强制将变量存储在内存中，即使变量本来可以存储在寄存器中，这可能会对性能产生影响。（例如第148页）

我经常看到这样的代码：

struct Vector {
    union {
        struct {
            float x, y, z, w;
        };
        float v[4];
    }
};

这可能非常方便，但现在我想知道是否可能会造成潜在的性能影响。我编写了一个小型基准测试，比较带有和不带有联合的 Vector 实现，并且在某些情况下，没有联合的 Vector 显然表现更好，尽管我不知道我的基准有多值得信赖。（我比较了三种实现：union; x, y, z, w; v[4]。例如，v[4] 在按值传递时似乎更慢，尽管结构体都具有相同的大小。）

我现在的问题是，人们在编写实际生产代码时是否会考虑这一点？您是否知道专门因为这个原因而对工会做出不利于工会的案例？

Answer 1

目标似乎是为向量类型的元素提供友好的名称，并且union并不是最好的方法。评论已经指出了未定义的行为，即使它有效，它也是一种限制优化机会的别名形式。

相反，避免整个混乱，只需添加命名元素的访问器即可。

struct quaternion
{
    float vec[4];
    float &x() { return vec[0]; }
    float &y() { return vec[1]; }
    float &z() { return vec[2]; }
    float &w() { return vec[3]; }
    const float &x() const { return vec[0]; }
    const float &y() const { return vec[1]; }
    const float &z() const { return vec[2]; }
    const float &w() const { return vec[3]; }
}

事实上，就像 Eigen 对其四元数实现所做的那样： https://eigen.tuxfamily.org/dox/Quaternion_8h_source.html