Boost.Variant 与虚拟接口性能

Question

我正在尝试衡量使用 Boost.Variant 和使用虚拟接口之间的性能差异。例如，假设我想统一增加不同类型的数字，使用 Boost.Variant 我将使用 boost::variant over int 和 float 以及一个增加每个数字的静态访问者。使用类接口，我将使用纯虚拟类 number 和 number_int 和 number_float 类，它们派生自它并实现“增量”方法。

根据我的测试，使用接口比使用 Boost.Variant 快得多。 我运行了底部的代码并收到了这些结果：
虚拟：00:00:00.001028
变体：00:00:00.012081

你认为为什么会有这种差异？我认为 Boost.Variant 会快很多。

** 注意：通常 Boost.Variant 使用堆分配来保证变体总是非空的。但是我在 Boost.Variant 文档中读到，如果 boost::has_nothrow_copy 为真，那么它不会使用堆分配，这应该会使事情变得更快。对于 int 和 float boost::has_nothrow_copy 为 true。

这是我用于衡量这两种方法的代码。

#include <iostream>

#include <boost/variant/variant.hpp>
#include <boost/variant/static_visitor.hpp>
#include <boost/variant/apply_visitor.hpp>

#include <boost/date_time/posix_time/ptime.hpp>
#include <boost/date_time/posix_time/posix_time_types.hpp>
#include <boost/date_time/posix_time/posix_time_io.hpp>

#include <boost/format.hpp>

const int iterations_count = 100000;

// a visitor that increments a variant by N
template <int N>
struct add : boost::static_visitor<> {
    template <typename T>    
    void operator() (T& t) const {
        t += N;
    }
};

// a number interface
struct number {        
    virtual void increment() = 0;
};

// number interface implementation for all types
template <typename T>
struct number_ : number {
    number_(T t = 0) : t(t) {}
    virtual void increment() {
        t += 1;
    }
    T t;
};

void use_virtual() {
    number_<int> num_int;
    number* num = &num_int;

    for (int i = 0; i < iterations_count; i++) {
        num->increment();
    }
}

void use_variant() {
    typedef boost::variant<int, float, double> number;
    number num = 0;

    for (int i = 0; i < iterations_count; i++) {
        boost::apply_visitor(add<1>(), num);
    }
}

int main() {
    using namespace boost::posix_time;

    ptime start, end;
    time_duration d1, d2;

    // virtual
    start = microsec_clock::universal_time();
    use_virtual();
    end = microsec_clock::universal_time();

    // store result
    d1 = end - start;

    // variant
    start = microsec_clock::universal_time();
    use_variant();
    end = microsec_clock::universal_time();

    // store result
    d2 = end - start;

    // output
    std::cout << 
        boost::format(
            "Virtual: %1%\n"
            "Variant: %2%\n"
        ) % d1 % d2;
}

Answer 1

很明显，-O2 减少了变体时间，因为整个循环都被优化掉了。更改实现以将累积的结果返回给调用者，这样优化器就不会删除循环，您会得到真正的区别：

输出：
虚拟：00:00:00.000120 = 10000000
变体：00:00:00.013483 = 10000000

#include <iostream>

#include <boost/variant/variant.hpp>
#include <boost/variant/static_visitor.hpp>
#include <boost/variant/apply_visitor.hpp>

#include <boost/date_time/posix_time/ptime.hpp>
#include <boost/date_time/posix_time/posix_time_types.hpp>
#include <boost/date_time/posix_time/posix_time_io.hpp>

#include <boost/format.hpp>

const int iterations_count = 100000000;

// a visitor that increments a variant by N
template <int N>
struct add : boost::static_visitor<> {
    template <typename T>
    void operator() (T& t) const {
        t += N;
    }
};

// a visitor that increments a variant by N
template <typename T, typename V>
T get(const V& v) {
    struct getter : boost::static_visitor<T> {
        T operator() (T t) const { return t; }
    };
    return boost::apply_visitor(getter(), v);
}

// a number interface
struct number {
    virtual void increment() = 0;
};

// number interface implementation for all types
template <typename T>
struct number_ : number {
    number_(T t = 0) : t(t) {}
    virtual void increment() { t += 1; }
    T t;
};

int use_virtual() {
    number_<int> num_int;
    number* num = &num_int;

    for (int i = 0; i < iterations_count; i++) {
        num->increment();
    }

    return num_int.t;
}

int use_variant() {
    typedef boost::variant<int, float, double> number;
    number num = 0;

    for (int i = 0; i < iterations_count; i++) {
        boost::apply_visitor(add<1>(), num);
    }

    return get<int>(num);
}
int main() {
    using namespace boost::posix_time;

    ptime start, end;
    time_duration d1, d2;

    // virtual
    start = microsec_clock::universal_time();
    int i1 = use_virtual();
    end = microsec_clock::universal_time();

    // store result
    d1 = end - start;

    // variant
    start = microsec_clock::universal_time();
    int i2 = use_variant();
    end = microsec_clock::universal_time();

    // store result
    d2 = end - start;

    // output
    std::cout <<
        boost::format(
            "Virtual: %1% = %2%\n"
            "Variant: %3% = %4%\n"
        ) % d1 % i1 % d2 % i2;
}

Answer 2

对于那些感兴趣的人，在我有点沮丧之后，我将选项 -O2 传递给了编译器，并且 boost::variant 比虚拟调用要快得多。
谢谢