性能：C++中的指针解引用

Question

每次我在类中通过指针访问并循环数组时，都会问自己同一个问题:

每次迭代时，解引用指针是否会产生额外的开销？解引用链是否会增加开销？ 例如:

ClassA *a = new ClassA();
ClassB *b = new ClassB();

for( int i = 0; i < 10; i++){

   a->b->array[i].foo();

}

如果我要猜的话，这可能涉及20个取消引用步骤，每个指针一个，10次迭代。但我同样可以想象，由于编译器将链接的指针转换为单个指针，因此它被减少到了10次。我甚至可以想象，由于某些缓存技巧或其他原因，它被减少到了1次。

有人能告诉我，并可能向我解释一下，这在性能方面的表现如何？非常感谢！

顺便说一句，我知道类似的问题已经在这里得到了回答，但是我无法推断出这个特定主题的答案。所以请不要责怪我再次提出这个话题。

- user3808217

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b是A的成员吗？全局范围内的ClassB实例b与作为A成员的未知对象b有什么关系呢？ - franji1

如果我要猜的话，我会说这涉及到20个解引用步骤 - 实际上是30个。 a->，b->和array[i]都是指针解引用，因此每次循环迭代您有3个解引用，共10次迭代。 - Remy Lebeau

Answer 1

编译器（尤其是优化器）如何生成代码取决于它本身，根据as-if规则，只要用户在外部无法区分程序的行为差异，编译器可以随意处理，现代编译器能够非常巧妙地应用优化。

实际上，我认为大多数现代优化器只有在无法确定foo()内部发生了什么时才无法优化循环 - 特别是，如果它们无法保证foo()的实现不会更改a或b的值，则它们将被迫为每个循环迭代执行单独的a和b解引用，以确保即使a或b的值发生变化也能得到正确的结果。

您可以自己找出如果您不介意阅读一些汇编代码会发生什么 - 只需启用优化编译程序（例如g++ -O3 -S mytest.cpp）并阅读生成的mytest.S文件以查看编译器的操作。尝试在同一文件中实现foo()（这样编译器肯定能看到foo()的内容）和在不同文件中实现foo()（这样编译器可能需要将foo()视为“黑盒”）并查看它们之间的差异。

- Jeremy Friesner

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非常感谢，我甚至没有考虑到foo()可能会改变其中一个指针的事实，但这实际上是一个非常有趣的事情要考虑，当我们猜测编译器会做什么时。我必须承认，在此之前我从未读过一行汇编代码，但我想如果我对优化感兴趣，现在是开始的好时机 :D - user3808217

Answer 2

通过这样做，您可以确保摆脱一些取消引用：

// create a pointer to the b class outside of the loop
ClassB * bptr = a->b;        

// use the pointer inside the loop
for( int i = 0; i < 10; i++){

    bptr->array[i].foo();

}

- ttemple

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在进入循环之前，通过保存对array的指针并使循环在每次迭代时增加该指针来进一步优化。这样可以将30个解引用操作减少到10个，而不是像您的示例中那样减少到20个。 - Remy Lebeau

Answer 3

我期望只进行1次内存访问，因为在循环内a和a->b的值不会改变，所以没有必要再次获取它们。同时，对于a->b->array[i]，i的所有值都是已知的，因此可以进行预取。

- akintayo