Getter & Setter 的最佳性能

Question

最近我使用 getter 和 setter 方法进行了一些性能测试。我仍然不确定哪个是在 c++ 中使用它们的最佳方法。 （使用 int 等小类型没有区别。）

string i;

string GetTest()
{
    return i;
}
void SetTest(string i)
{
    this->i = i; //copy
}

这就是我将如何在 java/C# 中使用它的方式。没有引用/指针，在 C++ 中非常慢。 对于字符串、向量和其他“大”类型，如果频繁调用它会非常缓慢和糟糕

string i;
const string& GetTest()
{
    return i;
}
void SetTest(const string& i)
{
    this->i = i; //copy
}

目前我正在使用上面的这个版本，它比不使用参数和返回值的引用要快得多，并且使用 const 我确保它不会被更改。

string* i;

string& GetTest()
{
    return *i;
}
void SetTest(string& i)
{
    this->i = &i;
}

这个版本，使用指针比只使用引用要快，但我觉得它更难阅读，而且如果你想在类中使用值，你必须使用指针。

除了使用引用/指针之外，它还可以通过内联经常调用的 getter 和 setter 来稍微提高性能，因为它们是小函数。

inline GetTest(){....}
inline SetTest(){....}

但正如已经提到的，我仍然不确定在 c++ 中哪种方式是使用它们的最佳方式，或者是否有其他方式。消除这些歧义会很好。

编辑：

时隔近 4 年再次回到这一点， 这是我现在对现代 C++ 的建议：（比任何文本都更有帮助）

https://www.youtube.com/watch?v=xnqTKD8uD6451:00

我建议观看完整视频，Herb Sutter 如此出色的演讲者，一般关注 CppCon。

Answer 1

如果您将指向数据的指针存储在您的 getter 和 setter 中，您将在所有权和对象生命周期方面遇到重大问题。 Jave 和 C# 有自己的处理方式。在 C++ 中，您需要使用各种智能指针（shared_ptr 可能在这种情况下，但最好的指导是测试您获得的实际性能）。

Answer 2

对于大多数 C++ 编译器，无论您对它们做什么，小型 get/set 方法都会被内联。如果你在头文件中定义了实现，那么它们肯定会被内联！

唯一的例外是，如果它们被构建到共享库中（这很难内联到调用者的代码中），但即便如此，您也可以在现代编译器中使用链接时内联进行编译，然后也会在那里内联！

即使是复杂类型，也有一个叫做“return value optimisation”（或 RVO）的东西，您的返回类型被编译为使用与调用者使用的类型相同的存储空间 - 即整个副本都被优化掉了。

诀窍是让编译器通过保持代码简单来完成它的工作。可以测试您的代码的性能，但我认为您无论如何都会在其他方面调整性能。

附言。 getter 和 setter ......他们是a bad design。不要鼓励他们。

Answer 3

[我从我之前在Simple C++ getter/setters 的回答中完全复制了第一段] 通常使用访问器/突变器是一种设计气味，即您的类公共接口不完整。通常来说，您需要一个有用的公共接口来提供有意义的功能，而不是简单地获取/设置（这比我们在 C 中使用结构和函数时要好一两个步骤）。每次你想写一个 mutator，而且很多时候你想先写一个访问器时，只要退后一步，问自己“我真的需要这个吗？”。

现在，如果您真的想要特定属性的 getter/setter：前两个版本中的任何一个都是正确的，尽管第二个版本在某些情况下可能表现更好。 getter 应该是 const (const string& GetTest() const)，以便可以在 const 对象上调用它们。

带有指针的第三个版本非常危险。虽然前两个具有非常明确的所有权语义，但第三个没有。您显示的简短 sn-p 没有清理，这意味着 set 函数的调用者必须在您的课程期间保持字符串活动（没有所有权转移）。完全避免这种结构。

最后，如果您只是学习 C++，请考虑 C++ 书籍列表中的一本或多本书籍The Definitive C++ Book Guide and List

编辑：如果您想提高代码的性能，最好的方法是进行优化编译，然后分析并查看热点在哪里。

Answer 4

如果你仅限于 C++98/C++03，那么你的第二个代码确实是最佳解决方案。第三个代码容易出错且不习惯，如果通过使用指针或更好的智能指针作为参数来解决这个问题，它仍然不理想（您还必须处理字符串的内存管理）。

如果您可以使用 C++11 或 C++14，那么对于间接保存其数据并实现移动语义的类型（如 std::string）的最佳 setter 实现是

void SetTest(std::string a_i) // by value!
{
  i = std::move(a_i); // move assignment
}

这是最佳的原因是对于左值参数，它的成本大约与参考实现一样多（因为std::move 防止复制实际数据），但对于右值参数（例如返回值另一个函数，或者当显式使用 std::move) 时，参数也是 move 构造的，因此在这种情况下避免所有副本，并且与您的第三个解决方案一样高效，没有问题。

请注意，对于大尺寸类型（例如具有许多成员的结构），浅拷贝已经很昂贵，因此即使在 C++11 中，您的第二个版本仍然是此类类型的最佳选择。对于此类类型，额外的右值版本不会提高性能，除非该类额外管理分配的资源。

当然，大多数时候正确的解决方案是完全没有 getter/setter。

Answer 5

您在问题中列出的这 3 个版本做了 3 件完全不同的事情，这就是它们以不同速度运行的原因。在 C++ 中执行字符串 getter 和 setter 的“正确”方法是：

std::string _test;
const std::string& GetTest() const
{
    return _test; 
}
void SetTest(const std::string& test)
{
    this->_test = test; //copy
}
//optional, not necessary
void SetTest(std::string&& test)
{
    this->_test = std::move(test);
}

不管其他贡献者怎么说，getter 和 setter 不一定是糟糕的类设计。它们通常比直接访问成员变量更可取。但是，过度使用 Getters/Setters（或直接访问成员变量）是一种代码异味。

您的第一个版本是可靠且正确的（除了 Getter 不是 const，但它需要编译器在各种情况下不必要地复制和销毁字符串：

string GetTest()
{
    return i;
}
void SetTest(string i)
{
    this->i = i; //copy
}
...
// this is slower than the "right" way, because it requires creating a copy of the string and destroying it:
bool isEmpty = something.GetTest().size() != 0; // the "right" way does not create a copy here.
// this is slower than the "right way, because it requires creating a copy of the string and destroying it:
std::string myString("I am your father, Luke.");
something.SetTest(myString); // this copies "myString", then calls SetTest with the copy, then destroys the copy

你建议的第三个版本应该不惜一切代价避免，因为它是一个脆弱的设计，肯定会导致意想不到的错误：

string* i;
string& GetTest()
{
    return *i;
}
void SetTest(string& i)
{
    this->i = &i;
}

// this modifies the string after the setter
std::string* myString = new std::string("I am your father, Luke.");
someting.SetTest(*myString);
myString->assign("Oranges");
// now this is true: someting.GetTest() == "Oranges"
delete myString;
// now this is undefined behaviour: someting.GetTest() == "Oranges"

如果您真的真的需要类似 java/c# 的行为，那么执行第三个版本的“正确”方法如下：

std::shared_ptr<const std::string> _test;
const std::shared_ptr<const std::string>& GetTest() const
{
    return _test; 
}
void SetTest(const std::shared_ptr<const std::string>& test)
{
    this->_test = test;
}
void SetTest(std::shared_ptr<const std::string>&& test)
{
    this->_test = std::move(test);
}