通过模板优化 C++ 运算符答案

【问题标题】：C++ operator's optimization via templates通过模板优化 C++ 运算符
【发布时间】：2017-03-29 13:02:00
【问题描述】：

所以，我有一个 C++ Matrix 类，并且有一些重载的运算符（如 +、*、%、-atc...），它们看起来像这样：

Matrix operator*(const Matrix& b) const;

他们正在返回 Matrix 类型的 TMP 对象，然后它被复制，这会降低性能。

如果我做类似的事情

Matrix some = a*b + c*d - (i+j)*m*b; //[1]

大约有 6 个复制构造函数被调用。

所以，我看到 ppl 做了一些模板元编程，将 [1] 扩展为类似：

Matrix some = ((a*b)+=(c*d))-=(((i+j)*=m)*=b); //[2]

[2] 处的代码将调用大约 3 个复制构造函数。（*=、+= 将结果写入左操作数并返回其链接）

你们能否解释一下，我如何通过模板来做到这一点，或者我应该阅读什么来理解如何做到这一点。

【问题讨论】：

"...然后它被复制了，这会降低性能。" 阅读 NRVO/RVO en.wikipedia.org/wiki/Return_value_optimization 。大多数现代编译器现在都在实现这一点。
除了编译器的返回值优化和复制省略之外，您还可以实现移动运算符和std::move返回的对象。
"about 6" 测量优化构建时实际调用了多少复制构造函数。你可能会感到惊讶。
复制省略：en.cppreference.com/w/cpp/language/copy_elision
调用了 zero 个复制构造函数，而不是 6。将一些输出放入复制构造函数中，使用 /O2 或任何调用编译器的标志进行编译，然后自己看看.

标签： c++ templates optimization operator-overloading

【解决方案1】：

他们要搜索的关键字是“表达式模板”。

不过，很多事情都可以通过使用右值引用来实现。

顺便说一句，如果你真的很认真，你会想要比你的例子建议的更多的重写；例如乘法和加法步骤通常希望合并为一个操作，而不是两个单独的操作。

【讨论】：

【解决方案2】：

所以，正如我在 cmets 中看到的，编译器自己优化它，但是，也有一些时刻存在，可以优化。

开始吧。

首先，通常我们通过operator=保存重载运算符的结果，如果我们在其中添加几个字段{bool tmp，bool复制}我们可以跳过内存处理，它应该是这样的.

...freeing memory, if needed...
if(!(tmp && !copied)
{
    ...memcpy actions...
}else
{
    ...assigning a pointers to allocated data right to our objects pointers...
    this->arr = a.arr;
    a.copied = true;
}
...other post actions...

我们还需要改变一个解构器

~SomeClass()
{
    if( !(tmp && copied) )//If its not a tmp and not copied then freeing
    {
        ...freeing a memory...
    }//otherwise just skeep
}

在运算符中，我们通常为结果对象调用构造函数，但是，如果我们的对象之一是 tmp，如果可能的话，为什么不在其中保存数据？

SomeClass operator+(SomeClass a)
{
    ...some code...
    if(!(tmp || a.tmp))//if there is no tmp object, doing the same, as usual.
    {
        SomeClass res;
        ...some usual code
        res.tmp = true;
        res.copied = false;
        return res;
    }else
    {
        if(tmp)
        {
            ...doing operations and storing them in this...
            return *this;
        }else //"a" is tmp
        {
            ...doing operations and storing them in "a"...
            return a;
        }
    }
}

所以...通过这些操作，我们减少了被调用的操作数量，我们节省了本来会分配的内存，而且我们也没有从运算符结果中复制内存。

现在，代码如下：

res = a * n + b * t - k;

将只为“a * n”和“b * t”分配内存，然后所有内容都将存储在这些运算符结果的 tmp 对象中。最后，我们不会将内存（值）从 tmp 对象处理到“res”，我们只是简单地将指针分配给“tmp”内存（不会释放）。

【讨论】：