哪个更快？按引用传递与按值传递 C++

Posted 2023-02-25

【中文标题】哪个更快？按引用传递与按值传递 C++

【英文标题】：Which is faster? Pass by reference vs pass by value C++

【发布时间】：2014-12-20 13:27:41

【问题描述】：

我认为通过引用传递应该比通过值传递更快，因为计算机不是在复制数据，它只是指向数据的地址。

但是，请考虑以下 C++ 代码：

#include <iostream>
#include <cassert>
#include <cmath>

using namespace std;

// do not use pass by reference& with this function, it will become so slow
unsigned long long computePascal(const unsigned int row, const unsigned int position) 
    if (position == 1 || position == row)
    return 1L;
    unsigned long long left = computePascal(row-1, position-1);
    unsigned long long right = computePascal(row-1, position);
    unsigned long long sum = left + right;
    return sum;


int main() 
    int row, position;
    cout << "Input row and position: ";
    cin >> row >> position;
    assert(position > 0 && position <= row);
    unsigned long long pascalNumber = computePascal(row, position);
    cout << pascalNumber << endl;
    return 0;

现在这段代码只是一个普通程序，它通过输入三角形的所需行和位置递归地计算帕斯卡数。

我尝试放置第 50 行和第 7 位，它计算大约 1 秒（按值传递）。输出大约是 1300 万，这是正确的。所以我认为如果我通过引用传递它可能会更快，因为它不需要复制大量数据。但这是非常错误的，我不知道为什么它需要更长的时间，大约是传递价值所需的时间的 3 倍。 问题是……

为什么在我尝试将其更改为通过 const 引用传递后，该程序的计算速度如此之慢？

因为递归函数是一个例外，你应该通过值而不是 const 引用传递，这有关系吗？

【问题讨论】：

“不是在复制数据，它只是指向数据的地址”——如果数据小于地址，那么复制它可能比通过函数的地址。并且通过引用传递会增加一个间接级别，这是有代价的。

int* 类型至少与 int 本身一样大，因此您不会在复制时节省任何时间，并且必须在其之上执行几个地址和取消引用操作。

没有明确的规则哪一个更快。当整数通过值传递时，它们可以存储在寄存器中，速度非常快。由于这个原因，通常您应该按值传递基本数据类型。通常只有在复制类型的成本很大时才值得。

只是说：如果你的计算时间超过几微秒，你就做错了。我会说不恰当地使用递归。如果结果为 n，那么您正在拨打 n 次电话。

哦，我忘了认为地址大于数据本身。谢谢你的澄清。只需回答，我会将您标记为最佳答案并关闭线程。我从 learncpp.com 得到这个想法，您应该始终使用按 const 引用传递，而不是一直按值传递，因为不需要克隆数据。所以我认为现在这是错误的。但是这个问题有什么问题呢？因为我不知道所以我被否决了？还是这个问题对其他人来说太容易了？

【参考方案1】：

“哪个更快”的答案通常是“视情况而定”。

如果您不是传递四个字节的数据，而是传递一个指向数据的八字节指针，那么您就不能真正期望这会使事情变得更快。如果不是传递 100 个字节的数据，而是传递一个指向数据的 8 字节指针，那就不同了。

但现在函数没有数据，它只有一个引用。所以每当它需要读取数据时，它必须通过引用间接地做到这一点。那需要更长的时间。如果你传递了一个 100 字节的对象并且只读取了其中的 8 个字节，那么你仍然有可能获胜。但是，如果您实际上读取了所有数据，并且可能多次读取，那么即使对于大型对象，传递值也可能会更快。

真正的区别在于传递对象时，而按值传递意味着将调用或多或少复杂的构造函数。通过引用传递意味着没有构造函数。但是 int 无论如何都没有构造函数。

然后是优化。按值传递意味着编译器知道您的函数是唯一可以访问数据的函数。通过引用传递意味着数据可以在任何地方。如果您有两个 int& 参数，我可以将 some int 传递两次。所以增加行可能会增加 pos。或者它可能不会。这会扼杀优化。

然后是优化规则：“衡量它”。你测量了它，发现什么更快。有时事情变得更快或更慢，没有任何充分的理由。

【讨论】：

在内存分配方面，引用传递和指针传递是一样的吗？

没有。传递引用不会像按值传递所有内容（副本）那样增加堆栈。

@off99555 是的，如果您完全遵循通过引用传递的假设，即引用值可能会在调用函数内部更改，因此必须将 row 的解引用减去一个另一次，即使row 本身从未改变。如果我们通过您的函数将参数转换为引用，那么它与参数通过指针传递的函数相同，加上堆栈值的定义以及地址传递给递归调用的算术。例如，请参阅godbolt.org/z/o5NRoI。

值通常不是更慢，因为您几乎无法利用 CPU 缓存来处理大型对象吗？我认为性能通常涉及今天尽可能少地去记忆。