“static const”、“#define”和“enum”在性能和内存使用方面有何区别？

Question

由于#define语句的内联，可能会出现任何问题。

我知道答案可能与编译器有关，我们假设是GCC。

已经有类似的问题关于C和关于C++，但它们更多地涉及使用方面。

- user

---

请给出您所询问的值的示例。由于您提到了“枚举”和整数数字常量，我猜想您是在询问这些类型的值？ - πάντα ῥεῖ

@πάνταῥεῖ 我是在一般情况下询问 - 关于所有可能的常量类型：数字，字符串字面值，数组... - user

因此，重要的信息是在“现代”C++中不要使用#define来定义整数常量。如果它确实是一个数字，请使用static const；如果它确实是可枚举值，请使用枚举。不要担心性能和内存使用：相信你的编译器，除非它真的非常关键，在这种情况下请相信你的编译器，但务必进行检查。 - Dale Wilson

Answer 1

编译器在基本优化下会将它们视为相同。检查起来相当容易 - 考虑以下C代码：

#define a 1
static const int b = 2;
typedef enum {FOUR = 4} enum_t;

int main() {

    enum_t c = FOUR;

    printf("%d\n",a);
    printf("%d\n",b);
    printf("%d\n",c);

    return 0;
}

使用gcc -O3编译：

0000000000400410 <main>:
  400410:       48 83 ec 08             sub    $0x8,%rsp
  400414:       be 01 00 00 00          mov    $0x1,%esi
  400419:       bf 2c 06 40 00          mov    $0x40062c,%edi
  40041e:       31 c0                   xor    %eax,%eax
  400420:       e8 cb ff ff ff          callq  4003f0 <printf@plt>
  400425:       be 02 00 00 00          mov    $0x2,%esi
  40042a:       bf 2c 06 40 00          mov    $0x40062c,%edi
  40042f:       31 c0                   xor    %eax,%eax
  400431:       e8 ba ff ff ff          callq  4003f0 <printf@plt>
  400436:       be 04 00 00 00          mov    $0x4,%esi
  40043b:       bf 2c 06 40 00          mov    $0x40062c,%edi
  400440:       31 c0                   xor    %eax,%eax
  400442:       e8 a9 ff ff ff          callq  4003f0 <printf@plt>

完全相同的汇编代码，因此 - 具有完全相同的性能和内存使用情况。

编辑：如达蒙在评论中所述，可能存在一些边角案例，例如复杂的非文字常量，但这超出了问题范围。

- Leeor

---

有趣的大小写选择：一个小写字母的宏和一个全大写字母的枚举 :) - David Rodríguez - dribeas

谢谢回答，但是如果这些常量有多个用途，汇编表示会不会改变？ - user

@user3075942：会有更多的代码，但如果你只使用value，编译器将在调用的地方替换它。为什么变量的1或100个使用会改变呢？ - David Rodríguez - dribeas

关于字符串字面量 - 与“枚举”比较更加复杂，但这并不改变根本的事实 - 编译器将所有这些都视为值，并且可以优化您可能认为它们保存的任何类型的临时存储。因此，对于编译器来说，处理一种常量与另一种常量没有任何区别（更不用说编译器甚至看不到“#define”）。 - Leeor

不幸的是，“相同”在许多非整型字面量情况下并不成立。例如，您可能希望 static const＆ 也可以被轻松地进行优化，但实际上并不是这样。例如，struct foo {int bar;}; static const＆ bar_ref = foo.bar; 明显比 #define bar_ref foo.bar 更具开销。（是的，实际上有一些需要使用这种丑陋写法的情况，别问为什么。） - Damon

Answer 2

当作为常量表达式使用时，性能没有区别。如果作为lvalue使用，static const将需要被定义（内存）和访问（CPU）。

- David Rodríguez - dribeas