原生类型的封装会影响效率吗？答案

【问题标题】：Will the encapsulation of a native type impact on efficiency?原生类型的封装会影响效率吗？
【发布时间】：2012-07-29 09:10:04
【问题描述】：

我想将float 封装在两个结构中，例如：

struct AngleDeg {
    explicit AngleDeg(float angle):value(angle) {}
    float value;
};

struct AngleRad {
    explicit AngleRad(float angle):value(angle) {}
    float value;
};

然后在一个类中使用这些结构重载一个函数，例如：

...
void DoStuff(AngleRad angle);
inline void DoStuff(AngleDeg angle) { DoStuff(Deg2Rad(angle.value)); }
...

这会和使用以下两个函数一样高效吗？

void DoStuffRad(float angle);
inline void DoStuffDeg(float angle) { DoStuffRad(Deg2Rad(angle)); }

【问题讨论】：

为什么不编写一个包含上述所有代码的程序来衡量每个代码的性能？
我做了一个基准测试并在答案中发布了我的结论。

标签： c++ performance inline encapsulation abstraction

【解决方案1】：

这可能不会影响程序的运行速度，但会增加使程序正确的几率。效率很高！

【讨论】：

【解决方案2】：

不可能肯定地说。如果您想 100% 确定，请检查生成的程序集（或仅计时代码的执行时间）。

但是，有两个观察结果可能对您有所帮助：

首先，您的struct 与float 的大小相同，因此不会浪费空间。并且没有不必要的间接：可以像以前一样高效地访问包含的float。所以没有根本原因让它变慢
但是，这可能会导致某些编译器优化失效。在某些情况下，它可能只是为structs 生成与内置类型不同的代码。或者，它对floats 使用的调用约定与“大小为float 的对象”不同。

所以也许，也许不是。但速度差异不太可能产生可衡量的差异。

【讨论】：

标准不保证你的第一点：stackoverflow.com/questions/5994302/c-sizeof-wrapper-class
没错，实际上这些都不是保证。但在实践中，情况就是这样

【解决方案3】：

我认为空间和访问与@jalf 相同，但不确定。于是我听了@quamrana 和@jalf，做了一个运行时测试。

在调试模式下，使用结构的方法要慢约 30%，但在发布模式下它们是等效的。它可能取决于编译器，但我将使用结构的方法。

【讨论】：

这并不奇怪：编译器不会在“调试模式”（无论这意味着什么）下内联函数，以便在出现问题时可以进行堆栈跟踪。
通过调试模式，我的意思是没有优化。应该强调该方法在调试时的影响，因为它可能成为调试实时应用程序时的瓶颈。
这听起来很对。包装在结构中意味着优化器必须更加努力地工作。它可以做到这一点（因此发布版本不受影响），但在禁用优化器的调试版本中，性能会受到影响。
如果您发现它弄乱了时间配置文件或 w/e，您可以只优化一个文件（并忽略其调试信息）并查看它是否有任何改变。
@trinithis：这通常不是调试信息的问题（它们位于库的单独部分中，并且仅按需加载）。只是，正如 Alexandre C 所指出的那样，为了获得正确的堆栈跟踪，内联函数实际上在大多数调试模式下都不是内联的。

【解决方案4】：

Technical Report on C++ Performance 对此问题进行了调查。有关 Stepanove 抽象惩罚基准，请参见附录 D.3。引用

基准测试的结构非常简单。它增加了2000 在数组中加倍 25000 次。它以 13 种不同的方式实现介绍越来越抽象的方法：
0 - 使用简单类似于 Fortran 的 for 循环。
1 - 12 使用 STL 风格的累积模板带有加号函数对象的函数。
1, 3, 5, 7 ,9, 11 使用双打。 2, 4, 6, 8, 10, 12 使用 Double - 双包裹在一个类中。
1, 2 - 使用常规指针。
3、4 - 使用封装在类中的指针。
5、6 - 使用封装在反向迭代器适配器中的指针。
7, 8 - 使用包裹封装在反向迭代器适配器中的指针。
9、10 - 使用指针包裹在反向迭代器中的适配器包裹在反向迭代器中适配器。
11, 12 - 使用包装在反向迭代器中的包装指针适配器包裹在反向迭代器适配器中。

Ideone 上的输出：现代编译器 (gcc 4.5.1) 的抽象惩罚（所有 13 个测试的几何平均值）小于 1%。

【讨论】：

【解决方案5】：

对于任何值得您花钱的编译器（即使它是免费的），它不会比使用普通浮点数产生任何开销。

【讨论】：