constexpr 与重复的函数调用性能答案

【问题标题】：constexpr vs repeated function calls performanceconstexpr 与重复的函数调用性能
【发布时间】：2019-03-16 13:53:02
【问题描述】：

我正在测试下面的代码来检查constexpr 的性能。对于第一次迭代，结果符合预期。但是对于下一次迭代，正常的函数调用有时会胜过constexpr。我在这里想念什么？我希望constexpr 电话在任何情况下都会更好。在第一次迭代后，正常函数所花费的时间也减少了。如何解释这种行为？

可以看到代码结果here

编辑：如果我取消注释以下代码中的行，为每次迭代提供不同的值来求和，结果仍然相似。你可以看到它的结果here

Edit2：我尝试了@geza 更改，并为第一个函数调用执行了 300 万次操作，并为第二个函数调用执行了3 Million + i。我期望 constexpr 花费的时间非常少（几乎与 100 所花费的时间相同），但它花费的时间与 non-constexpr 函数一样多。结果link

#include <iostream>
#include <chrono>

using namespace std;
using namespace std::chrono;

constexpr long long sum(const int* n){
    long long sum = 0;
    for(int i = 1; i <= *n; i++){
        sum += i;
    }
    return sum;
}

long long sum(int*  n){
    cout<<"Calling sum\n";
    long long sum = 0;
    for(int i = 1; i <= *n; i++){
        sum += i;
    }
    return sum;
}


int main(void){
    const int* p;
    int a = 100;
    p = &a;
    
    int *p1;
    p1 = &a;
    
    for(int i = 0; i < 10; i++){

        /*
        int* p1;
        int b = 100 + i; //If I uncomment the lines here are remove the 
        p1 = &b;         //earlier p1 declaration. Still the results are similar
        */
    
        auto start = high_resolution_clock::now(); 
        cout<<sum(p1)<<endl;
        auto stop = high_resolution_clock::now();
        cout<<"Time taken Non constexpr: "<<duration_cast<microseconds>(stop - start).count()<<endl;
        
        start = high_resolution_clock::now(); 
        cout<<sum(p)<<endl;
        stop = high_resolution_clock::now();
        cout<<"Time taken constexpr: "<<duration_cast<microseconds>(stop - start).count()<<endl;
    }
}

我的代码很简单，创建两个指针，一个是常量（p），另一个不是（p1）。当用p1 调用sum() 时，没有constexpr 的函数被调用，这可以通过 print "Calling sum 看到，当用p 调用时，带有constexpr 的函数被调用调用，可以看成什么都没有打印出来。

结果

$g++ -o main *.cpp
$主
调用 sum
5050
所用时间非 constexpr：63
5050
所用时间 constexpr：7

调用 sum
5050
所用时间非 constexpr：5
5050
所用时间 constexpr：6
.
.
.
.
调用 sum
5050
所用时间非 constexpr：2
5050
constexpr 所用时间：6
.
.
.
.
调用 sum
5050
所用时间非 constexpr：2
5050
constexpr 所用时间：2

【问题讨论】：

constexpr 不是性能优化。您将它用于需要/可以在编译时完成的事情。
缓存问题？对于基准测试，始终启用优化。并且不要将输出包含在您的时间安排中。
您可能应该检查编译器为机器代码生成的内容。请注意，您的函数调用的结果与计时循环无关，因此编译器可以对其进行优化，以使其不计算多次？
如果使用非编译时间常量调用，constexpr 函数的行为类似于非 constexpr 函数。想一想，使用运行时参数，您无法进行编译时评估。也正如其他人评论的那样，输出操作是主要部分。
更改编译器选项并添加-O2。没有人关心未优化代码的性能。

标签： c++ performance repeat constexpr

【解决方案1】：

您的测量结果有误。您的时间包括打印到stdout。修改您的程序以正确测量时间（并从sum 中删除cout）：

auto start = high_resolution_clock::now(); 
auto r = sum(p1);
auto stop = high_resolution_clock::now();
cout<<r<<endl;
cout<<"Time taken Non constexpr: "<<duration_cast<microseconds>(stop - start).count()<<endl;

您会注意到，在（几乎）所有情况下，时间都是 0。

（对原始程序的解释：似乎第一次调用cout << 比其他调用花费更多时间。很可能cout 进行了某种延迟初始化，这就是为什么第一次调用是慢一点。）

请注意，由于您不在constexpr 上下文中调用sum(const int *)，它将被用作“正常”函数调用，就像sum(int *)。

【讨论】：

我认为，它不是第二个函数中的cout<<"Calling sum\n";。它看起来像auto r = sum(p1) 和单独打印的cout<<r<<endl;。如果我们对第二次调用做同样的事情，它也会全为零。现在这更奇怪了。但它很好，因为一切都是零。
@HariUserX：也许是endl，它会刷新，触发缓慢（仅限第一次。我的意思是，第一次实际打印很慢）。
我尝试了你的更改 3000000。同样的结果。
@HariUserX：同样的结果是什么意思？请注意，在测量时间时，您需要确保 CPU 具有恒定的频率。通常，操作系统/CPU 需要一点时间来提高时钟速度。
@HariUserX：请阅读我的回答：“请注意，由于您不在 constexpr 上下文中调用 sum(const int *) ，它将被用作“正常”函数调用，只是像总和（int *）。”。这就是为什么没有区别。请注意，如果启用优化，您可能会获得与 constexpr 函数（在 constexpr 上下文中调用）相同的非 constexpr 函数代码。在测量速度时启用优化至关重要。

【解决方案2】：

我建议您启用优化，然后重新运行您的基准测试。 C++，尤其是库，依赖于编译器优化来生成快速的汇编代码。优化器可以剥离库抽象，然后生成更好的代码。

您链接的网站允许您更改编译器选项，只需添加 -O2 以设置优化级别 2 并重新运行基准测试。

【讨论】：