内联成员运算符与内联运算符 C++

Question

如果我有两个结构：

struct A
{
    float x, y;
    inline A operator*(A b) 
    {
        A out;
        out.x = x * b.x;
        out.y = y * b.y;
        return out;
    } 
}

还有一个等价的结构

struct B
{
    float x, y;
}

inline B operator*(B a, B b) 
{
    B out;
    out.x = a.x * b.x;
    out.y = a.y * b.y;
    return out;
} 

您是否知道 B 的 operator* 有什么不同的编译方式，或者运行速度比 A 的 operator* 慢或快的任何原因（函数内部进行的实际操作应该是无关紧要的）？

我的意思是...将内联运算符声明为成员而不是成员，对实际函数的速度有任何一般影响吗？

我有许多不同的结构，目前都遵循内联成员运算符样式...但是我想将其修改为有效的 C 代码，而不是；所以在我这样做之前，我想知道性能/编译是否会有任何变化。

Answer 1

按照您编写的方式，我希望B::operator* 运行速度稍慢。这是因为A::operator* 的“幕后”实现如下：

inline A A::operator*(A* this, A b) 
{ 
    A out;
    out.x = this->x * b.x;
    out.y = this->y * b.y;
    return out;
}

所以A 将指向其左侧参数的指针传递给函数，而B 必须在调用函数之前复制该参数。两者都必须复制其右侧参数。

如果您使用引用编写代码并使其 const 正确，则您的代码会更好，并且可能会为 A 和 B 实现相同的代码：

struct A
{
    float x, y;
    inline A operator*(const A& b) const 
    {
        A out;
        out.x = x * b.x;
        out.y = y * b.y;
        return out;
    } 
}

struct B
{
    float x, y;
}

inline B operator*(const B& a, const B& b) 
{
    B out;
    out.x = a.x * b.x;
    out.y = a.y * b.y;
    return out;
}

您仍然希望返回对象，而不是引用，因为结果实际上是临时的（您没有返回修改后的现有对象）。

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附录

但是，对于 B 中的两个参数都使用 const 传递引用，由于取消引用，它是否会比 A 有效地更快？

首先，当您拼出所有代码时，两者都涉及相同的取消引用。 （记住，访问this 的成员意味着指针解引用。）

但即便如此，这也取决于你的编译器有多聪明。在这种情况下，假设它查看您的结构并决定它不能将其填充到寄存器中，因为它是两个浮点数，因此它将使用指针来访问它们。因此，取消引用的指针案例（这是实现引用的方式）是您将得到的最好的。程序集看起来像这样（这是伪程序集代码）：

// Setup for the function. Usually already done by the inlining.
r1 <- this
r2 <- &result
r3 <- &b

// Actual function.
r4 <- r1[0]
r4 <- r4 * r3[0]
r2[0] <- r4
r4 <- r1[4]
r4 <- r4 * r3[4]
r2[4] <- r4

这是假设一个类似 RISC 的架构（比如 ARM）。 x86 可能使用更少的步骤，但无论如何它都会被指令解码器扩展到这个级别的细节。关键是它都是寄存器中指针的固定偏移量取消引用，这几乎是最快的。优化器可以尝试变得更智能并跨多个寄存器实现对象，但这种优化器很难编写。 （虽然我有一个偷偷摸摸的怀疑，如果 result 只是一个未保留的临时对象，LLVM 类型的编译器/优化器可以轻松地进行优化。）

因此，由于您使用的是this，因此您有一个隐式指针取消引用。但是如果对象在堆栈上呢？没有帮助；堆栈变量变成堆栈指针（或帧指针，如果使用）的固定偏移解引用。因此，您最终会在某处取消引用指针，除非您的编译器足够聪明，可以获取您的对象并将其分散到多个寄存器中。

随意将-S 选项传递给gcc 以获取最终代码的反汇编，以了解您的实际情况。

Answer 2

你真的应该把inline-ing 留给编译器。

也就是说，在类定义中定义的函数（如A 的情况）默认为inline。 A::operator * 的 inline 说明符没有用。

更有趣的情况是在类定义之外有成员函数定义。在这里，如果您想向编译器提供一个提示（它可能会随意忽略）这是经常使用的并且指令应该在调用者中内联编译，则需要 inline。

阅读 C++ FAQ 9。

Answer 3

这是我将如何编写结构：

struct A
{
    float x, y;
    A(float ax, float ay) : x(ax), y(ay) { }
    A operator*(const A& b) const { return b(x * b.x, y * b.y); } 
}

要回答这个问题，是的，将运算符编写为成员函数在某些情况下可能会稍微快一些，但不足以在代码中产生明显的差异。

一些注意事项：

1. 不用担心使用 inline 关键字。优化编译器 自己决定什么和不内联。

2. 使用初始化构造函数。这样做是因为他们改进了代码 可读性。睡得更好知道他们可以带小 性能优势。

3. 尽可能频繁地通过 const 引用传递结构。

4. 专注于编写具有良好风格的代码而不是快速。大多数代码是 足够快，如果不是，可能是因为某些原因 在算法或 IO 处理方面一头雾水。