C ++中的快速函数对象？答案

【问题标题】：Fast function objects in C++?C ++中的快速函数对象？
【发布时间】：2012-10-15 13:38:31
【问题描述】：

我正在编写一个科学计算程序，我最感兴趣的（在正确性之后）是速度。最近我注意到我也需要可读的代码。 :)

而不是写

for (int k=0;k!=10;k+=1)
   array[k] = fun(a, k);

我正在考虑写作

class fun_t {
private:
   type a;
public:
   fun_t(type in) : a(in) {};

   type operator() (int k) {
      ...computation...
   }
};
...
fun_t fun(a);
for (int k=0;k!=10;k+=1)
   array[k] = fun(k);

函数对象样式会和第一个例子一样快吗？我可以期望两者都有相同的内联吗？有没有更好的方法？（请注意，我只是在这里提出想法，这不是我的实际代码。）

【问题讨论】：

从C++11开始，语言中有匿名函数（lambda）。
最好的发现方法是分析。
@PlasmaHH：你的意思是我应该编写两个版本的程序吗？我不能要求编译器验证内联正在发生吗？
@Mankka：lambda 简单地编译成函子（函数对象），而函子对于编译器内联来说是微不足道的。所以它应该基本上是免费的（就像你在问题中概述的版本一样）。但一如既往，如果性能很重要，不要相信互联网上的随机人，在你的代码中衡量它
我很欣赏这只是一个例子，但你提到你想要可读的代码，但是你已经从两行（对我来说非常易读）变成了 10 行，实际上包括（实际上）你原来的两行。从可读性的角度来看，我会说这是一个倒退。

标签： c++ performance function object functional-programming

【解决方案1】：

我想繁重的计算是在您的函数内部执行的。相比之下，直接函数调用和成员函数调用之间的差异应该是微不足道的。

【讨论】：

非常好！函数中的计算过去非常小而且很快，但现在我正在 MPI 中重构和重写，所以我不确定事情会如何发展。也许我是时候退后一步，看看大局了。
是的，它只被调用了 10 次。您从内联中获得的节省是每次调用时的堆栈卷绕/展开、跳转和参数推送。这是一个相当快的操作，并且执行 10 次不太可能以任何明显的方式减慢您的程序。

【解决方案2】：

您可以从合理的编译器中获得相同的内联。对operator() 的调用的目的地在编译时是已知的，就像对fun(a,k) 的调用一样。

我看到的区别在于对a 的访问。在函数fun 的情况下，您将something 作为参数传递——如果没有fun 的声明，则无法查看这是否是a 的副本，参考a，或从 a 构造的其他类型。

在函子fun_t 的情况下，您复制a 一次以构造函子。您（名义上）将fun_t* 作为this 传递给operator()，然后a 作为this->a 访问。一旦所有内容都被内联并且优化器完成后，额外的间接可能会被忽略，但同样可能不会。您必须检查具体情况，可能通过检查编译器发出的指令。

【讨论】：

【解决方案3】：

您可以通过更改循环结构进行一些小的优化，但这些优化的主要目的不是为了提高速度。

如果您想提高速度，您需要进行分析。如果fun(a,k) 特别是一个缓慢的操作，并且每次运行不依赖于其他运行，您应该考虑拆分成线程并在自己的线程上运行每个线程。

有新的 API 将并行而不是串行地对集合进行操作。激动人心的时刻即将到来。

【讨论】：

你是什么意思，“有新的 API 来了”？ C++11 已经存在一年了！
明确一点：我同意分析是使代码更快的#1 解决方案。如果分析证明您想要优化循环，则矢量化和并行化是一个明显的解决方案。
@KlassvanGend 将在您的编译器/标准库中实际实现。