Arduino - 通过指针传递结构似乎比通过值慢

Question

我编写了一些伪代码来解释我在实际应用程序中发现的问题（Arduino 1.6 - https://github.com/maciejmiklas/LEDDisplay）：

Display.h:

class Display {

public:
    void testRef();
    void testVal();

private:
    typedef struct {
            uint8_t xOnFirstKit;
            uint8_t yOnFirstKit;
            uint8_t xRelKit;
            uint8_t yRelKit;
            uint8_t xRelKitSize;
            uint8_t yRelKitSize;
            uint8_t xDataBytes;
            uint8_t xKit;
            uint8_t yKit;
            uint8_t xOnKit;
            uint8_t yOnKit;
            uint8_t xOnKitSize;
            uint8_t yOnKitSize;
            uint8_t xOnScreenIdx;
            uint8_t yOnScreenIdx;
            uint8_t yDataIdx;
        } KitData;

 inline void paintOnKitRef(KitData *kd); 
 inline void paintOnKitVal(KitData kd); 
}


Display.cpp:

#include "Display.h"

void Display::testRef(){
    KitData *kd = ....

    for(int i = 0 ; i < 5000 ; i++){
       paintOnKitRef(kd);
       ....
    }
}

void Display::testVal(){
    KitData *kd = ....

    for(int i = 0 ; i < 5000 ; i++){
       paintOnKitVal(*kd);
       ....
    }
}

inline void Display::paintOnKitRef(KitData *kd){
    for(int i = 0 ; i < 100 ; i++){
        kd->yDataIdx++;
        kd->yOnScreenIdx++;
        .....
    }
}

inline void Display::paintOnKitVal(KitData kd){
    for(int i = 0 ; i < 100 ; i++){
        kd.yDataIdx++;
        kd.yOnScreenIdx++;
        .....
    }
}

我有结构：KitData，它大于 16 个字节，所以我决定通过指针而不是值来传递它——它按预期工作。

我测量了执行时间，看起来按值传递 (testVal()) 比按引用传递 (testRef()) 快大约 30%。

这正常吗？

编辑：

上面的代码只是一个伪代码 - 在我的真实测试方法中：paintOnKitVal() 和 paintOnKitRef() 包含执行许多操作和其他方法的真实代码。这两种方法也做同样的事情——唯一的区别是访问kd 的方式（通过指针或点表示法）。

这是真正的测试类：https://github.com/maciejmiklas/LEDDisplay/blob/callByPoint/Display.cpp

1. 执行测试方法：paint(...) - 如第 211 行所示，这将使用指针调用
2. 注释掉第 211 行并从第 212 行删除注释 - 从现在开始，测试将使用按值调用，执行时间会更短。

Answer 1

这部分代码完全没有任何作用，优化器认识到：

inline void Display::paintOnKitVal(KitData kd){
    for(int i = 0 ; i < 100 ; i++){
        kd.yDataIdx++;
        kd.yOnScreenIdx++;
    }
}

您假设您测试了按值传递的性能。但是你确实测试了编译器识别代码什么都不做的能力。

当您通过指针传递时（C 程序员可能称之为“通过引用”但 C++ 程序员不会“通过引用”）不能说函数本身什么都不做。优化器需要更广泛地理解整个程序来检测缺乏效果。

Answer 2

传值和传引用的区别：

按值传递：

void foo(int a) {
  a = 30; // passed in param is now 30 until end of scope
}

int main() {
  int b = 3;
  foo(b); // copy of b is made, copy is assigned value 30
  // b is still 3
}

参考传递：

void foo(int& a) {
  a = 30; // passed in param is now 30 because a reference was passed in
}

int main() {
  int b = 3;
  foo(b); // reference to b is assigned value 30
  // b is now 30
}

传递指针与传递引用类似，但有一些不同outlined here。

您为testVal 编写的代码将对kd 的副本执行操作。这不是你想要的。

对于小结构体，传值和传引用的速度会相似。 但是，内存占用会非常不同。每次传递某些东西时，按值传递都会进行复制，这将占用大量内存。

至于为什么更快：

There are likely optimizations 因为正在复制而不是对编译器为您进行的传入对象进行实际更改。然而，这是以不正确的算法为代价的。

传值后，变化不会反映在传入的kd中。指针的变化会被反映，并且是正确的。