按值传递还是按引用传递标量类型：有关系吗？

Question

虽然微优化很愚蠢，可能会导致实践中的许多错误。不管怎样，我见过很多人这样做：

void function( const double& x ) {}

改为：

void function( double x ) {}

因为它被认为是“更有效率的”。假设在程序中，function 被无数次地调用，那么这种“优化”真的有意义吗？

- Jonathan H

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@suspectus 当然，没错。不过那不是我的问题 :) - Jonathan H

@suspectus 没有应用 const - user2249683

相关：https://dev59.com/MVzUa4cB1Zd3GeqP6cML#7958278 - Mgetz

@Mgetz 你说得完全正确，抱歉！让我读一下这篇帖子，然后我可能会关闭我的问题。再次抱歉，我没有找到那个.. - Jonathan H

“数百万次；我个人确信这没有任何影响…”- 你为什么会相信这种说法呢？在许多平台上，它肯定会产生影响；例如一个 4 字节指针比 8 字节的double更小。问题的关键是：这种差异实际上是否会对我的（或你的）代码产生影响？要回答这个问题，需要提供一个具体的例子。 - Ed S.

Answer 1

长话短说，不需要，尤其是在大多数现代平台上，标量甚至浮点类型都通过寄存器传递。一般的经验法则是使用128字节作为分界线，超过这个大小应使用按引用传递而非按值传递。

由于数据已经存储在寄存器中，因此要求处理器从缓存/内存中获取数据实际上会减慢速度。这可能会对性能造成巨大影响，具体取决于数据所在的缓存行是否无效。

最终取决于平台ABI和调用约定是什么。当编译器进行优化时，大多数现代编译器甚至会使用寄存器来传递数据结构（例如，一个两个short变量的结构体等）。

- Mgetz

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@AntonTykhyy 这真的是一个判断问题，个人而言我会保持它更小，但这只是我的看法。不过我在多个地方都见过128字节的情况。 - Mgetz

@Basilevs 人们常常忘记他们正在使用多任务系统...即使是应该很近的堆栈，也可能因为中断或时钟结束而远得多。 - Mgetz

Answer 2

在这种情况下，通过引用传递肯定不是更高效的。请注意，使用“const”限定符限定的引用并不意味着所引用的对象不能改变。此外，这也不意味着函数本身不能改变它（如果裁判不是常数，则函数可以合法地使用“const_cast”来摆脱该“const”）。考虑到这一点，很明显，通过引用传递强制编译器考虑可能的别名问题，在一般情况下，这会导致[明显]不太高效的代码在按引用传递的情况下生成。

为了排除可能出现的别名问题，需要在后者版本中开始进行以下操作：

void function( const double& x ) {
  double non_aliased_x = x;
  // ... and use `non_aliased_x` from now on
  ...
}

但这将与首次通过引用传递的推荐理由相违背。

另一种解决别名问题的方法是使用某种类似于 C99 的 restrict 限定符。

void function( const double& restrict x ) {

但是，即使在这种情况下，按引用传递的缺点可能仍然会超过优点，正如其他答案所解释的那样。

- AnT stands with Russia

Answer 3

在后面的例子中，你可以节省4B的堆栈复制开销。存储double类型需要8B，而存储指针（在32位环境下）或引用只需要4B。引用本质上是一个带有编译器支持的指针。在64位环境下，指针和引用都需要64b=8B，因此无法节省空间。请注意，保留了HTML标签。

- SOReader

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反过来说，通过引用传递可能会强制将存储在寄存器或FPU堆栈中的double复制到CPU堆栈中。得失相当。 - Steve Jessop

Answer 4

除非函数被内联，且根据调用约定（以下假设使用基于堆栈的参数传递，现代调用约定仅在函数具有过多参数时使用），否则在参数传递和使用方面存在两个不同之处：

• double：该（可能）8字节大小的值被写入堆栈并由函数原样读取。
• double &或double *：该值位于内存中的某个位置（可能“靠近”当前堆栈指针，例如如果它是局部变量，但也可能在远离的地方）。在堆栈上存储一个（可能）4或8字节大的指针地址（分别为32位或64位系统），函数需要取消引用地址才能读取该值。这还需要该值位于可寻址的内存中，而寄存器则不是。

这意味着，使用引用传递参数所需的堆栈空间可能会稍微少一些。这不仅减少了内存需求，还提高了堆栈顶部字节的缓存效率。当使用引用时，解引用会增加一些额外的工作。

总之，对于大型类型（比如当 sizeof(T) > 32 或者可能更大时），请使用引用。当堆栈大小和热度起到非常重要的作用时，甚至在 sizeof(T) > sizeof(T*) 的情况下也是如此。

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*) 如果不是这种情况，请参阅此评论和SOReader的答案。

- leemes

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当然，这都取决于特定平台的ABI - 完全有可能double和指针都不是通过堆栈传递，而是通过寄存器传递，这种情况下差异要小得多... - twalberg

@leemes 如果你看一下现代ABIs的集合，你可能会感到惊讶。几乎所有的ABI都会使用栈来传递"大量"参数，但如果只有一个或两个参数，则通常会在寄存器中传递-至少在桌面/服务器类型的系统上；嵌入式ABIs在这方面可能会非常不同，我猜... - twalberg

@twalberg，你能给我指点一些相关文档吗？（我对GCC是如何处理这个的特别感兴趣，但我找不到比维基百科更多的信息，维基百科上说"函数参数按照相反的顺序被压入栈中"）... - leemes

@leemes：一般来说，写下long的大小（以及其他类似的细节）的人也会写下调用约定。它们都是ABI的一部分，为了使两个二进制文件链接兼容，它们必须同时使用相同的ABI。如果在单个平台上使用多个调用约定（例如在Win32中），那么您可以使用调用约定装饰您的函数，这就像“C”链接一样成为函数签名的一部分。 - Steve Jessop

@leemes：对于Win32来说是正确的，但64位Windows代码只使用一种调用约定，即fastcall，它使用最多4个寄存器传递参数。当GCC编译不同目标时，使用任意数量的不同调用约定。 - Steve Jessop