C++联合的性能影响

Question

C++联合的性能影响

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在Agner Fog的《C++中的软件优化》中指出，union强制变量存储在内存中，即使在其他情况下它本来可以存储在寄存器中，这可能会影响性能。(例如第148页)

我经常看到这样的代码：

struct Vector {
    union {
        struct {
            float x, y, z, w;
        };
        float v[4];
    }
};

这很方便，但现在我想知道是否可能会有性能损失。我编写了一个小基准测试，比较了使用和不使用联合的矢量实现，在某些情况下，没有使用联合的矢量明显表现更好，尽管我不知道我的基准测试有多可信。（我比较了三种实现：联合；x、y、z、w；v[4]。例如，当按值传递时，v[4] 似乎更慢，尽管结构体的大小都相同。）

我的问题是，当编写实际生产代码时，人们是否会考虑这一点？您是否知道有哪些情况是出于这个原因而决定不使用联合的？

- B_old

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除非我遇到了严重的性能问题，对我的代码进行了分析并纠正了其他所有问题，最后通过检查编译器生成的汇编代码来确定这个非常具体的点，否则我不会考虑它。 - YSC

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除编译器优化不好以外，union 通常可以存储在寄存器中，但在这种琐碎的情况下很少发生。此外，您展示的 union 在没有产生未定义行为的情况下是无用的。我建议找一本不同的书。 - nwp

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从cppreferene.com：“从未被最近写入的联合成员读取是未定义行为。许多编译器提供了一种非标准语言扩展，可以读取联合中未激活的成员。” - François Andrieux

在Agner Fog的《C++软件优化》一书中，提到的内容不在第148页，而是在第153页。也许他更新了这本书？ - jg6

2个回答

1

似乎目标是为向量类型的元素提供友好名称，而使用union并不是最好的方法。评论已经指出了未定义行为，即使它起作用，它也是一种限制优化机会的别名形式。

相反，避免整个混乱，只需添加访问器来命名元素。

struct quaternion
{
    float vec[4];
    float &x() { return vec[0]; }
    float &y() { return vec[1]; }
    float &z() { return vec[2]; }
    float &w() { return vec[3]; }
    const float &x() const { return vec[0]; }
    const float &y() const { return vec[1]; }
    const float &z() const { return vec[2]; }
    const float &w() const { return vec[3]; }
}

事实上，就像Eigen为其四元数实现所做的那样： https://eigen.tuxfamily.org/dox/Quaternion_8h_source.html

- Peter

它真的限制了优化机会，还是只是像nwp所说的那样，混淆了“糟糕”的编译器问题？ - B_old

那些 void 让我困惑了一段时间。 - nwp

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那些 void 不应该存在。这是 C 的方式来表示没有参数的函数（与任意数量的参数相对）。在 C++ 中，这种语法是有效的，但是冗余和不寻常的。一个空参数列表的函数声明意味着确实没有参数。另外，我强烈建议添加 const 修饰符来进行重载。因为现在的便利访问器对于 const quaternion 是无用的。 - besc

根据评论建议，修复旧的 C 语法并添加 const 重载。 - Peter

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可以查看英文原文，
原文链接

- Ped7g · Accepted Answer

我的问题是，写实际生产代码时，人们是否会考虑这个问题？

不会。这是过早的优化（union 结构本身也是）。一旦代码以相对清晰和可靠的方式编写，就可以进行性能分析并解决真正的瓶颈。没有必要花费5分钟来推测 union 是否会在将来影响性能。它要么会影响，要么不会影响，只有性能分析才能说明。