减少非静态成员函数开销

Question

我有一个计算物理代码（有限差分），它对大型数据数组（解决方案字段和系数字段）执行操作（导数）。 系数数据存储为具有重载() 运算符的Model 对象数组。 以下课程是我正在尝试做的一个示例：

class Model
{
public: 
    inline double operator () (double field)
    {
        return alpha*field;
    }
private:
double alpha ;
}

应用程序将使用 Models 的数组：

std::vector<Model> models; // array of models
std::vector<double> input;
std::vector<double> output;
...    
for (int i = 0; i < models.size(); i++)
{
    output[i] = models[i](input[i]);
} 

问题是使用() 运算符会产生很大的开销。

我已经按原样分析了代码，然后又删除了() 运算符并内联编写了代码。 （我使用的是 g++ 7.3.0.，在 Ubuntu 18.04 上运行）。我正在使用-Winline 进行编译，而 g++ 并没有抱怨它不能内联函数。

我还尝试使用static 函数代替() 运算符，并且没有相同的开销。不幸的是，静态函数无法访问成员变量。其他帖子表明这应该不是问题（例如C++ Non-static member functions overhead），但它似乎确实在这里。

所以我的问题是：这个非静态成员函数的开销来自哪里？

Answer 1

静态和非静态的区别在于this 指针。代码在所有实例之间共享，但函数有一个隐式参数来访问类的成员。因此，没有像您提到的问题那样的内存开销，但是由于this 的传递以及访问成员变量的指针取消引用，时间成本很小。您可以检查生成的程序集文件以确保它是内联的。

加快执行速度的建议：

• 使用编译器优化
• 使用并行：C++ 线程或 OpenMP 是这里的简单选择
• 更改您的设计以使用 alpha 向量并删除该类，然后您也许可以使用 SIMD