为什么预分配函数指针的性能比分支差？

Question

我有一个带有enum 成员变量的类。其中一个成员函数的行为基于此enum，因此作为“可能的”优化，我将两种不同的行为作为两个不同的函数，并且我给类一个在构造时设置的成员函数指针。我是这样模拟这种情况的：

enum catMode {MODE_A, MODE_B};

struct cat
{
    cat(catMode mode) : stamp_(0), mode_(mode) {}

    void
    update()
    {
        stamp_ = (mode_ == MODE_A) ? funcA() : funcB();
    }

    uint64_t stamp_;
    catMode  mode_;
};

struct cat2
{
    cat2(catMode mode) : stamp_(0), mode_(mode)
    {
        if (mode_ = MODE_A)
            func_ = funcA;
        else
            func_ = funcB;
    }

    void
    update()
    {
        stamp_ = func_();
    }

    uint64_t stamp_;
    catMode  mode_;
    uint64_t (*func_)(void);
};

然后我创建一个 cat 对象和一个长度为 32 的数组。我遍历数组将其放入缓存中，然后调用猫更新方法32 次并使用rdtsc 将延迟存储在数组中...

然后我使用rand()、ulseep() 和一些任意的strcmp()..调用一个循环数百次的函数。回来我再做32 的事情。

结果是带有分支的方法似乎总是在44 +/- 10 周期附近，而带有函数指针的方法往往在130 附近。我很好奇为什么会这样？

如果有的话，我会期待类似的表现。此外，模板化几乎不是一种选择，因为真正的 cat 类针对该函数的完全专业化将是多余的。

Answer 1

如果没有完整的 SSCCE，我无法像通常处理此类问题一样处理这个问题。
所以我能做的最好的就是推测：

您的两种情况之间的核心区别在于您有一个分支与一个函数指针。您看到差异的事实强烈暗示 funcA() 和 funcB() 是非常小的函数。

可能性#1：

在代码的分支版本中，funcA() 和 funcB() 正在被编译器内联。这不仅跳过了函数调用开销，而且如果函数足够简单，分支也可以完全优化。

另一方面，函数指针不能被内联，除非编译器可以在编译时解析它们。

可能性 #2：

通过将分支与函数指针进行比较，您可以将branch-predictor 与branch target predictor 放在一起。

分支目标预测与分支预测不同。在分支情况下，处理器需要预测分支的方式。在函数指针的情况下，它需要预测分支到哪里。

您的处理器的分支预测器很可能比其分支目标预测器准确得多。不过话说回来，这都是猜测……