如果我使用 lambda 而不是 If 块，是不是会有性能损失？

Posted 2023-02-17

【中文标题】如果我使用 lambda 而不是 If 块，是不是会有性能损失？

【英文标题】：Is there preformance penalty if I use lambda instead of an If block?如果我使用 lambda 而不是 If 块，是否会有性能损失？

【发布时间】：2020-04-26 11:58:30

【问题描述】：

我正在使用Dear ImGui 在 OpenGL 程序中以即时模式绘制我的 UI。

要做一个标签，你通常这样做：

if (ImGui::BeginTabItem("Some Tab")) 
    // Stuff
    ImGui::EndTabItem();

我来自 Kotlin，你通常使用这样的结构：

something("bla bla bla")  x ->
  // whatever
 // this is a Kotlin lambda btw

所以我写了一个简单的包装器，将调用包装起来，而不是写 if 和 end 调用，以避免不小心忽略 end 调用：

inline void tab(const char* label, std::function<void()> fn)

    if (ImGui::BeginTabItem(label)) 
        fn();
        ImGui::EndTabItem();
    

用类似的方式替换第一个 sn-p：

ui::tab("Some other tab", []
    // More UI...
);

问题是，编译器会发出类似的代码吗？或者会有很大的性能影响？

恐怕如果编译器每次绘制 UI 时都放置一个新的可调用结构，那将是一个问题。

另外，我正在捕获this 指针，以便在内部使用。

if (ImGui::BeginTabItem("Some Tab")) 
    // Stuff
    ImGui::EndTabItem();


// -- VS -- //

ui::tab("Some other tab", [this]
    // More UI...
);

【问题讨论】：

我不会担心“每次绘制 UI 时都会出现新的可调用结构”。唯一目的是清理的类是一种常见的模式，例如scoped_lock、unqiue_lock 等，编译器非常擅长优化东西

Lambda 通常没有性能问题； std::function<void()> 会。

分析您的代码，启用所有优化。剖析是了解的唯一方法。没有分析，你只是在猜测。

在什么操作系统、编译器和平台上？

@BasileStarynkevitch g++ 9.2.0 (MSYS2)，Windows 10

【参考方案1】：

如果我使用 lambda 而不是 If 块，会有性能损失吗？

这取决于您的编译器和optimization 标志。

将现代的GCC 调用为gcc -Wall -O3 -mtune=native，您会惊讶于它能够进行的优化，包括inline expansions。您甚至可能对链接时间优化和整个程序优化感兴趣（例如，使用gcc -O3 -flto -fwhole-program .... 编译和链接）。阅读 GCC optimization flags。

参见 this draft 报告，该报告由 CHARIOT H2020 项目资助。

当然，邪恶在于细节。

您可以使用 plugin 扩展 GCC，从而改进更多优化。

但请注意，编译器优化理论上无法确定（请参阅λ-calculus、Rice's theorem、MRDP theorem、incompleteness theorems、Curry-Howard correspondence、@987654333 @、J.Pitrat's blog、RefPerSys 项目等）而且实际上并不完美（与其说是科学，不如说是一门艺术）。

当前高端处理器（CPU cache、branch predictors、superscalar architectures）的复杂性（和商业机密）使得对worst-case execution time 的分析几乎不可能。在实践中，您会遇到编译器优化会让您失望的情况。因此，请在 profiling 上努力（例如，在 Linux 上使用 gprof 或 perf）

另见Ctuning、CompCert 和Milepost GCC 项目。还要考虑OpenCL、OpenMP、OpenACC。

不要忘记资助和支持专门从事优化的研究团队，例如给我发邮件到[e-mail]（但是预算要求超过10万欧元，延误一年多）。

最后，您可以（在许多平台上）在运行时生成特定代码（使用partial evaluation 技术）。然后考虑使用JIT compilation 库，例如libgccjit。在某些操作系统上，您可以在运行时生成 C++ 代码，然后编译它并将其加载为 plugin（例如使用 dlopen）。

当然要阅读 Thompson Reflections on Trusting Trust 论文和 Bjarne Stroustrup papers。

您当然可以考虑使用JNI 或SBCL 或LuaJIT。两者都可以在主要计算平台上与 C++ 混合使用，并且实际上促进了运行时代码的生成，因此通过努力可以提高执行时间。

你正在编码：

inline void tab(const char* label, std::function<void()> fn)

（如果fn 可能间接地是throw-ing 一些例外，那么您的代码不会执行您想要的操作）我建议改为

 inline void tab(const char* label, const std::function<void()>& fn)

【讨论】：

应该是-mtune=native

我看到这是一个相当困难的主题，我跑了一个快速板凳（我不知道设置是否正确）：quick-bench.com/k6FBlha1RHT1blwrfY9iTp7aJGM 所以也许可以。我现在将使用 lambda，看看将来是否会成为问题。 PS：感谢资源！

【参考方案2】：

您似乎不需要std::function 为您提供的全部功能（特别是它的运行时多态行为），所以最好不要使用它。

只需使用模板函数，这对于编译器来说更容易优化：

template <typename CALLABLE>
void tab(const char* label, CALLABLE &&fn)

    if (ImGui::BeginTabItem(label)) 
        std::forward<CALLABLE>(fn)();
        ImGui::EndTabItem();
    

我会在这里使用std::function 的唯一情况，如果您想避免模板版本所具有的这种小代码膨胀，并且您希望将tab 作为非内联函数。

原因是std::function 可能是一个更糟糕的解决方案，因为std::function 需要将 lambda（及其捕获的变量）存储在某处。堆通常用于此目的（除非它适合 std::function 的小对象优化空间 - 但现在您依赖于 std::function 的实现确实有这个小对象空间，并且编译器能够围绕这个进行优化）。所以只使用模板版本更容易，编译器非常擅长优化这一点，因为标准库大量使用了这种技术。

【讨论】：

感谢模板提示！我已切换到模板 const ref 以避免复制我传递的任何内容。

@SigmaSoldier：我的示例使用转发引用，它也不会复制。

真的！我也可以用这个