如何避免混叠并提高性能？

Question

在这个Stack Overflow answer 证明了 C++ 中的别名可以减慢您的代码。 C++ 中的别名不仅适用于指针，也适用于引用，更普遍地适用于these types specified by the standard。特别是有

在其成员中包含上述类型之一的聚合或联合类型（递归地包括子聚合或包含联合的成员）

所以根据我的理解，如果我有如下代码，

 class A{
  public:
   int val;
 };

 void foo(vector<A> & array, int & size, A & a0) {
   for(int i=0;i<size;++i) {
    array[i].val = 2*a0.val;
   }
 }

并且a0 可以为array 中的元素之一加上别名，也可能因为前面提到的引用而别名size，因此必须为每次迭代加载a0 和size在性能下降。

1. 那么我的问题是我应该对代码做些什么来避免别名，并提高性能？
2. 传递const & 将无济于事，因为它无法避免标准指定的别名。按值传递a0？但这会复制我不喜欢的a0，因为在实践中，A 类可能非常复杂，并且复制是一个非常昂贵的选择。
3. 是否有避免在 C++ 中出现别名的通用解决方案？如果是，是什么？

Answer 1

Evolution Working Group issue 72: N4150 Alias-Set Attributes: Toward restrict-like aliasing semantics for C++, N3988 Towards restrict-like aliasing semantics for C++ N3635 Towards restrict-like semantics for C++ 似乎涵盖了在 C++ 中避免别名性能问题的问题，N4150 是该提案的最新版本。 EWG 问题尚未解决，但显然已准备好进行审查。

提案提出了类似 C 的限制限定符，目前许多编译器都支持 C++ 中的扩展，但存在模糊区域，提案中写道：

毫无疑问，restrict 限定符有利于编译器 在许多方面进行优化，特别是允许改进的代码运动和 消除负载和存储。自C99推出以来 限制，它已在许多编译器中作为 C++ 扩展提供。 但是这个特性在 C++ 中很脆弱，没有明确的 C++ 语法规则 和语义。现在随着 C++11 的引入，仿函数正在 替换为 lambdas 并且用户已经开始询问如何使用限制 在 lambdas 存在的情况下。鉴于现有的编译器支持，我们 需要提供具有明确定义的 C++ 语义的解决方案，之前 C99 限制的一些常见子集的使用被广泛用于 结合 C++11 结构。

提案还指出：

没有对现有的 C99 进行标准化和改进 在 C++ 中限制设施，用户通常必须跳过相当大的障碍才能通过 通过临时代码重写代码，或分解和内联函数体以模拟其效果。

因此，目前似乎没有好的解决方案，尽管当前的编译器具有提供 C 限制类似语义的扩展，但有很多灰色区域部分 3。 C++ 和 C 中的限制问题涵盖了一些用于避免别名的方法，但它们都有缺陷。

提案提到了N3538，其中提到了一些技术以及与这些技术相关的缺陷。例如：

克服混叠的最简单技术是复制 潜在的别名参数。

void rf2(type& output, const type& input) {
    type temp = input;
    output += ra1(temp);
    output += ra2(temp);
}

这种技术比简单的技术更复杂，效率更低 按值传递参数。虽然该技术在以下情况下很有用 处理遗留接口，它不应该是主要技术。

这种技术适用于您的情况。

注意关于别名和 C99 限制限定符 On the redundancy of C99's restrict 的有趣观点。

Answer 2

如果您不希望 size 或 a0.val 在执行 foo 期间发生更改，那么您可以通过将它们设为本地值来明确说明：

void foo(vector<A> & array, int size, const A & a0) {
    auto new_val = 2*a0.val;
    for(int i=0;i<size;++i) {
        array[i].val = new_val;
    }
}

现在很明显，您打算将所有元素设置为相同的值。读者和编译器都很清楚。