与模板相比的 std::function 性能[重复]

Question

我查看了另一个关于 std::function 的堆栈溢出问题以及为什么它很慢，但我仍然不相信/不明白。我从问题中运行了程序，并进行了一些修改。

#include <iostream>
#include <functional>
#include <string>
#include <chrono>

template <typename F>
float calc1(F f) { return -1.0f * f(3.3f) + 666.0f; }

float calc2(const std::function<float (float)>& f) { return -1.0f * f(3.3f) + 666.0f; }
int main() {

    std::function<float (float)> f = [](float arg){ return arg * 0.5f; };
    for (int i = 0; i < 1e9; ++i) {
        // calc2(f);
        calc1([](float arg){ return arg * 0.5f; });
    }

    return 0;
}

使用模板版本，代码运行时间为 4 秒，但涉及 std::function 的运行时间增加到 15 秒。我理解为什么复制一个 std::function 会很昂贵，但是在这里即使传递了一个引用，似乎也没有什么区别，有人可以解释为什么会发生这种情况吗？

仅供参考，这是我输入 g++ --version 时的输出

Apple LLVM version 7.0.2 (clang-700.1.81)

Answer 1

当我编译你的程序（使用-O3优化）并使用calc1时，执行时间是0.0秒。这是因为编译器可以完全优化掉代码。它知道你的代码实际上并没有做任何事情，所以运行它没有任何意义。

当我编译您的程序（再次使用 -O3 优化）并使用 calc2（使用 std::function）时，程序需要 2 秒才能运行。之所以需要更长的时间是因为优化器无法优化所有内容。 std::function 在运行时工作（不是编译时，因为它必须执行类型擦除；参见this question 和this question），通常优化器不能内联（或完全优化掉） ) 通过std::function 的调用（在这种情况下，优化器在技术上可以这样做，因为这是一个简单的程序，但事实并非如此）。

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std::function 调用不能被内联的原因是编译器并不总是知道std::function 会做什么。在这段代码中，编译器的静态分析器非常简单，如果它足够“智能”的话，它实际上可以内联整个内容，然后将其优化掉。

但这在编译器中实现可能是一件棘手的事情，而且在更复杂的“真实”程序中并没有太大的区别。在更复杂的程序中，实际上不可能知道std::function 会做什么。例如，假设您有第二个.cpp 文件调用calc2，而不同 std::function。或者想象一下，如果您将 std::function 设置为两个不同的 lambda 之一，具体取决于用户输入。在程序运行之前，编译器不会知道实际调用哪个 lambda，因此它不能只是优化所有内容。由于此类问题，为std::function 实施深度静态分析将完全优化您的简单代码并不值得。