函数局部静态变量：从性能角度看的优缺点

Posted 2023-02-22

【中文标题】函数局部静态变量：从性能角度看的优缺点

【英文标题】：Function local static variables: pros/cons from performance point of view

【发布时间】：2019-12-16 16:49:35

【问题描述】：

函数局部静态变量纯粹从性能的角度来看有哪些优点/缺点？

这是一个例子：

// version 1
void func(/*some arguments here*/)

 int64_t x;
 int32_t y = 0;
 void * p = 0;
 // do something here


// version 2
void func(/*some arguments here*/)

 static int64_t x;
 static int32_t y; y = 0;
 static void * p; p = 0;
 // do something here

哪个版本会更快？它会永远更快吗？在什么情况下，使用静态局部变量来提高性能可能会打自己的脚？

非常感谢您的帮助！

【问题讨论】：

哪个版本会更快？ -- 请测量。其次，从 C++ 11 开始，静态变量需要进行线程安全初始化，而局部变量始终是线程安全的。因此，static 很可能会影响性能。

相关/欺骗：***.com/questions/21488559/…

@PaulMcKenzie，谢谢！因此，答案是“视情况而定，但性能很可能会受到影响”。

避免函数局部静态变量的一个非常重要的原因是，如果您写入它们会使函数非线程安全，除非您自己显式添加同步，这甚至会增加更多的性能损失。您可以使用thread_local，但这仍然会受到打击。除非问题特别需要，否则避免使用它们。

规则可能有一个例外： 1. 您肯定处于单线程环境中，永远不会获得多线程。 2. 构造有问题的对象很昂贵（可能涉及分配大块内存），但简单地重置对象很便宜。但是如果你违背了单线程的承诺，你就会有麻烦了！因此，仅如果您在 profiling(!) 之后发现您在此位置确实存在真正的瓶颈，这可能是一个考虑因素，其他任何事情都将是过早的优化。

【参考方案1】：

这个问题太宽泛了，一般无法回答。但是，我只想分享一些实际应用程序开发的经验。正如 @Aconcagua 在 cmets 中所指出的，如果辅助（未返回）本地对象的初始化或使用成本很高，则将其设为 static 并重用它可能会显着加快速度。这发生在我们的案例中，尤其是辅助局部向量，其中重用避免了堆分配。比较

void f() 
  std::vector<...> v;
  ...  // at least one allocation required in each call when inserting elements

与

void f() 
  static std::vector<...> v;
  v.clear();
  ...  // no allocation required if elements fit into capacity

这同样适用于（非小）字符串。当然，如果可以通过这种方式创建非常大的向量/字符串，则应该注意这种方法可能会显着增加进程 RSS（映射到 RAM 的内存量）。

在多线程应用程序中，我们只使用thread_local 而不是static。

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另一方面，对于基本类型的小对象（例如示例代码中的整数或指针），我敢说将它们设为static 可能会导致更多的内存访问。对于非静态变量，它们更有可能只映射到寄存器。对于静态变量，它们的值必须在函数调用之间保留，这很可能导致它们存储在内存中。

【讨论】：

什么是“程序 RSS”？

@KonradRudolph 将 program 更改为 process。

好的，什么是“处理 RSS”？除非您专门在操作系统附近工作，否则这不是一个常见的缩写。

@KonradRudolph 抱歉，您以为您指的是 program 的错误用法。 驻留集大小 — 映射到 RAM 的内存量。我在答案中添加了注释。