通过值或引用传递标量类型：重要吗？答案

【问题标题】：Passing scalar types by value or reference: does it matter?通过值或引用传递标量类型：重要吗？
【发布时间】：2014-01-25 18:00:22
【问题描述】：

当然，micro-optimization is stupid 可能是实践中许多错误的原因。尽管如此，我看到很多人这样做：

void function( const double& x ) {}

代替：

void function( double x ) {}

因为它被认为是“更有效率”。假设function在程序中被频繁调用，数百万次；这种“优化”是否重要？

【问题讨论】：

引用传递也可用于从函数返回多个值。
@suspectus 当然可以，但这不是我的问题 :)
@suspectus 未应用 const
相关：stackoverflow.com/a/7958278/332733
@Mgetz 你完全正确，对不起！让我阅读这篇文章，然后我可能会结束我的问题。再次抱歉，我没有找到那个..

标签： c++ reference arguments

【解决方案1】：

在这种情况下，通过引用传递本身肯定不会更有效。请注意，使用const 限定该引用并不意味着引用的对象不能更改。而且，这并不意味着函数本身不能改变它（如果裁判不是恒定的，那么它可以合法地使用const_cast摆脱那个const的函数）。考虑到这一点，很明显，按引用传递会强制编译器考虑可能的别名问题，这通常会导致在按引用的情况下生成 [显着] 效率较低的代码。

为了消除图片中可能出现的锯齿，必须在后一个版本开始时使用

void function( const double& x ) {
  double non_aliased_x = x;
  // ... and use `non_aliased_x` from now on
  ...
}

但这首先会破坏通过引用传递的建议推理。

另一种处理别名的方法是使用某种 C99 风格的 restrict 限定符

void function( const double& restrict x ) {

但同样，即使在这种情况下，通过引用传递的缺点可能会超过优点，正如其他答案中所解释的那样。

【讨论】：

【解决方案2】：

除非函数是内联的，并且取决于calling convention（以下假设基于堆栈的参数传递，在现代调用约定中，仅当函数具有太多 arguments*)，参数的传递和使用方式有两个不同：

double：（可能）8 字节大值被写入堆栈并由函数按原样读取。
double & 或 double *：该值位于内存中的某个位置（可能“靠近”当前堆栈指针，例如，如果它是一个局部变量，但也可能位于很远的某个地方）。一个（可能）4 或 8 字节 大指针地址（分别为 32 位或 64 位系统）存储在堆栈上，该函数需要 取消引用 strong> 读取值的地址。这还要求值在可寻址内存中，而寄存器不在。

这意味着，当使用引用时，传递参数所需的堆栈空间可能会少一些。这不仅降低了内存需求，而且还降低了堆栈最高字节的缓存效率。使用引用时，取消引用会增加一些工作要做。

总而言之，使用大型类型的引用（比如sizeof(T) > 32 或更多）。如果sizeof(T) > sizeof(T*)，当堆栈大小和热度发挥非常重要的作用时可能已经。

*) 如果不是这种情况，请参阅有关此问题的 cmets 和 SOReader 的答案。

【讨论】：

好吧，所有的 cmets 似乎都朝着同一个方向发展，我喜欢你的回答和 MGetz 的回答
当然，这都受特定平台 ABI 的约束 - double 和指针都没有在堆栈上传递，而是在寄存器中传递，在这种情况下差异化要小得多......
@twalberg 当然可以。但是大多数调用约定使用堆栈作为参数。我在回答中添加了（希望）适当的评论。感谢您指出这一点。
@leemes 我认为如果您查看现代 ABI 的集合，您可能会感到惊讶。如果有“大量”参数，几乎所有人都会使用堆栈，但如果只有一两个参数，它们通常会在寄存器中传递——至少在桌面/服务器类型的系统上是这样；嵌入式 ABI 在这方面可能会完全不同，我猜......
@leemes：Win32 确实如此，但 64 位 Windows 代码只使用一种调用约定，fastcall，它最多使用 4 个寄存器来传递参数。为不同的目标编译时，GCC 使用任意数量的不同调用约定。

【解决方案3】：

长话短说不，尤其是在大多数通过寄存器传递标量甚至浮点类型的现代平台上。我见过的一般经验法则是 128 字节作为你应该只传递值和传递引用之间的分界线。

鉴于数据已经存储在寄存器中这一事实，您实际上是通过要求处理器去缓存/内存来获取数据来减慢速度。这可能是一个巨大的打击，具体取决于数据所在的缓存行是否无效。

归根结底，这实际上取决于平台 ABI 和调用约定。当优化启动时，大多数现代编译器甚至会使用寄存器来传递适合的数据结构（例如，两个短裤的结构等）。

【讨论】：

@AntonTykhyy 这真的是一个判断电话的事情，我个人会保持它更小，但那就是我。不过，我在不止一个地方看到过 128 字节。
@Basilevs 人们忘记了他们在多任务系统上......而且由于中断或滴答结束，即使是应该靠近的堆栈也可能离得更远。

【解决方案4】：

在后一个示例中，您可以在函数调用期间将 4B 复制到堆栈中。存储双精度值需要 8B，而存储指针仅需要 4B（在 32b 环境中，在 64b 中需要 64b=8B，因此您不保存任何内容）或引用，它只不过是带有一点编译器支持的指针。

【讨论】：

或者相反，通过引用传递可能会强制将存储在寄存器或 FPU 堆栈中的double 复制到 CPU 堆栈。秋千和/或环形交叉路口。