c++中内联函数的零成本列表

Posted 2023-03-23

【中文标题】c++中内联函数的零成本列表

【英文标题】：Zero-cost lists for inline functions in c++

【发布时间】：2019-06-28 13:50:41

【问题描述】：

我喜欢为列表中的函数编写检查。为此，我通常会编写这样的函数：

inline bool good_strings(const std::vector<const char *> & items)

    for (i in items) 
        if (not is_good(i)) return false;
    
    return true;

然后我可以像if (all_good("a", "b", "c", "d", "e")) ... 这样写，它看起来真的很不错。当您对几个项目的检查变得像这样变大时，这是很好的使用：

if (is_good("a") and is_good("b") and /* that's too much, man */ is_good("c")) ...

但我担心我正在使用的容器的开销，而且很难选择一个：std::vector、std::list、QList、QStringList 甚至可能是 std::array 或 @ 987654329@ - 内联函数应该使用哪个？在使用 括号创建时，其中哪一个具有最小甚至零开销？

好的，更新一下：我拿了我朋友的授权 IDA Pro 并检查了一些选项。

std::initializer_list: 这个函数甚至没有内联，还有 是创建列表和复制指针的开销。 std::vector：该函数确实是内联的，但是，有一个 创建向量和复制指针的开销。 std::array：因为模板专业化，没那么好看， 并且该函数没有内联。所以多次调用它会创建 许多类似的代码块。但是，数组没有开销 创建，并且所有指针都作为函数参数传递，这 x86_64 注册调用约定很快。

问题仍然存在，是否有绝对零成本的容器？

【问题讨论】：

为什么不对整个函数进行模板化呢？然后它可以使用你碰巧通过它的任何容器。

参数复杂性不应该影响内联函数。您通过引用传递该参数，因此这只是存储在寄存器中的地址（对于大多数编译器）。编译器通常决定在出现在函数内部的代码上内联一些东西，分支预测等等。您不必担心参数类型。

您的目标是在编译时评估所有结果，还是在运行时尽可能高效地评估？

std::all_of(items.begin(), items.end(), is_good);

@JeremyFriesner 函数 is_good 有副作用，必须在运行时评估，但它的参数始终相同，可以在编译时传递。

【参考方案1】：

没有一个容器将是零开销。 std::array 或 std::initializer_list 会给你最少的成本。 std::array 需要在编译时指定它的类型和大小，因此在这种情况下它比std::initializer_list 对用户不太友好。因此，使用std::initializer_list<const char*> 将是您可以使用的最小且最容易使用的“容器”。它会消耗编译器生成的指针数组的大小，甚至可能更多一些，并且不需要任何动态内存分配。

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如果你可以使用 C++17，你甚至不需要容器。使用variadic template 和fold expression 您可以将所有参数作为单独的参数传递给函数，并对所有参数应用相同的操作。

template<typename... Args>
bool good_strings(Args&&... args)

    return (is_good(args) && ...);

会转

all_good("a", "b", "c", "d", "e")

进入

return is_good("a") && is_good("b") && ... && is_good("e");

它利用了短路，因此一旦第一次调用 is_good 返回 false，它就会停止评估。

您可以在 C++11 中使用可变参数模板，但您要么需要使用递归，要么构建自己的数组，这实际上并没有为您带来任何额外的复杂性。

【讨论】：

非常好。您还可以将is_good 设为另一个参数，以便轻松更改谓词。

是的，这是一个不错的解决方案，也是我想要使用的，但遗憾的是我的目标平台还没有 c++14。

@MorJ 这实际上需要 C++17（用于折叠表达式）。你受限于哪个版本的 C++？

好吧，我查过了，你对 initializer_list 的看法是错误的。 (-; 如果您有兴趣，请查看我的答案，我可以发送带有测试二进制文件的 .idb 文件。

对了，我发现了折叠表达式的一个小问题：没有办法写一个具体类型的参数包。有趣的是，告诉我这件事的 *** 问题说我应该使用std::vector 来完成这项工作。 (***.com/questions/18017543/…)

【参考方案2】：

好的，感谢之前答案中的想法，我想通了。如果人们说“没有更好的容器存在”，那么 std::array 是最好的。当使用优化级别 -O2 编译时，std::array 既没有参数复制，也没有函数调用，而 std::initializer_list 有参数复制。当使用-O0 编译时，这一切都如我在问题本身中所描述的那样。

所以我的解决方案：使用std::array 并处理指定<N> 的参数数量。

【讨论】：

通过引用 (const &) 传递初始化列表可能有助于提高性能。

@NathanOliver 通过 const 引用传递是隐含的，当然没有它就没有任何优化的希望。

【参考方案3】：

如果你真的关心使用容器，你可以写N 重载，例如对于N = 5：

inline bool good_string(const char* a)

    return true;

inline bool good_strings(const char* a, const char* b)

    return good_string(a) && good_string(b);

inline bool good_strings(const char* a, const char* b, const char* c)

    return good_strings(a, b) && good_string(c);

inline bool good_strings(const char* a, const char* b, const char* c, const char* d)

    return good_strings(a, b, c) && good_string(d);

inline bool good_strings(const char* a, const char* b, const char* c, const char* d, const char* e)

    return good_strings(a ,b, c, d) && good_string(e);

【讨论】：

对不起，您的解决方案很糟糕：我想避免重复，而重复就是您的建议。你的解决方案从一个小问题变成了一个大问题。另一方面，可以使这项工作更好，并使用参数包和递归来编写。但是，正如我刚刚发现的另一个 *** 问题所说，没有办法编写具有具体类型的参数包。

我认为您误解了重复的概念。使用此代码，您不是在重复自己，而是在创建重载，其中每个重载都有自己的目的！从 abseil.io here 查看 StrCat。他们在那里应用相同的概念。

好吧，我对重复有一些强烈的意见，这里不是发誓的地方。但是谢谢，我检查了abseil源，它看起来像垃圾。让我感到困惑的是，作者知道参数包，但只在 5 个参数之后使用它们。他们也非常喜欢指针魔术、reinterpret_cast 和 void*，这对项目来说也是不好的迹象。

正如我所说，我发布的内容与重复无关。

【参考方案4】：

如果你这样模板化函数：

bool is_good(const std::string &)  return true; )
template<typename Container>
inline bool good_strings(const Container & items)

    for (auto const &i : items)
        if (not is_good(i)) return false;
    
    return true;

然后调用good_strings(std::initializer_list<std::string>"a", "b", "c", "d", "e") 会将初始化列表传递给all_good。不需要容器。

【讨论】：

编译失败，因为... 没有类型：coliru.stacked-crooked.com/a/54814bd7767b79c7

Container 与概念有关吗？ OP为c++11添加标签

我试过了，它不能在 gcc 中为 c++11 编译。对于这种多态列表文字，显然无法在编译时推断出模板类型。哦，我多么想念 Haskell。