C++智能指针性能

Question

在时间和内存方面，使用智能指针，特别是boost::shared_ptr相比裸指针会增加多少开销？在游戏/嵌入式系统的性能密集部分中，使用裸指针是否更好？您是否建议在性能密集组件中使用裸指针还是智能指针？

- Amit Kumar

Answer 1

解引用智能指针通常很简单，特别是在boost的release模式下。所有boost检查都是在编译时进行的。（理论上智能指针可以在不同线程之间实现智能操作）。这仍然留下了许多其他操作。尼古拉提到了构造、复制和销毁。虽然这不是完整的集合，但还有其他重要的操作，如交换、赋值和重置为NULL。基本上，任何需要智能处理的操作。

请注意，一些智能指针排除了其中的某些操作。例如，boost::scoped_ptr 甚至不能被复制，更不能被分配。由于这减少了操作数，因此可以为这些较少的方法进行优化。

事实上，随着TR1的出现，编译器可能比裸指针更擅长处理智能指针。例如，编译器可以证明在某些情况下，一个智能的不可复制的指针并没有别名，只是因为它是不可复制的。想想看：当两个指针指向同一个对象时，才会发生别名。如果第一个指针无法被复制，第二个指针怎么会指向同一个对象呢？（也有办法绕过这个问题——operator*必须返回一个左值）

- MSalters

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很遗憾，你对优化智能指针的想法在C++中不起作用。在将指针放入智能指针之前，你可能已经将其存储在其他地方。此外，通过执行&*smart_ptr，可以轻松（但不建议）从智能指针中获取原始的C指针。 - Chris Jefferson

我同意Chris Jefferson的观点。在将其放入智能指针之前，没有人会阻止您将其存储在其他地方。 - Johannes Schaub - litb

我在这里写了一个小答案关于别名问题：https://dev59.com/qHVC5IYBdhLWcg3whBaj - Johannes Schaub - litb

你确实可以从原始指针初始化scoped_ptr，这样编译器就无法进行优化。我的观点是这只是个例外。编译器需要在优化时排除这些不常见的情况，就像它需要排除&*MySmartPtr的情况一样。 - MSalters

Answer 2

Boost提供不同的智能指针。通常情况下，根据智能指针的种类，内存占用和性能都不应该成为问题。您可以查看此链接进行性能比较：http://www.boost.org/doc/libs/1_37_0/libs/smart_ptr/smarttests.htm。

正如您所看到的，性能比较只考虑了构造、复制和销毁操作，这意味着解引用智能指针的成本应该与原始指针相同。

以下代码片段演示了使用shared_ptr<>替换原始指针不会导致性能损失：

#include <iostream>
#include <tr1/memory>

int main()
{
#ifdef USE_SHARED_PTR
    std::tr1::shared_ptr<volatile int> i(new int(1));
#else
    volatile int * i = new int(1);
#endif

    long long int h = 0;

    for(long long int j=0;j < 10000000000LL; j++)
    {
        h += *i;
    }

    std::cout << h << std::endl;
    return 0;
}

- Nicola Bonelli

Answer 3

解决性能问题的唯一方法是对你的代码进行分析。大部分性能问题都只存在于想象中；只有通过分析才能找出瓶颈所在。

如果使用智能指针会导致瓶颈而裸指针不会，那么就使用裸指针！在此之前，不必过多担心；智能指针上的大多数操作都相当快速。你可能会过于频繁地比较字符串（或类似的操作），以至于它们并不重要。

- unwesen

Answer 4

引用计数智能指针（最常见的类型）只有在复制、创建和删除它们时才会增加成本。如果您需要频繁进行复制，这种额外成本可能相当大，因为大多数智能指针都是线程安全的。

如果您只需要一个“自动删除”的指针，则可以使用备受诟病的auto_ptr，或者来自C++0x的新型炫酷（但支持程度不高）unique_ptr。

- Chris Jefferson

Answer 5

在我上次使用VC6进行测试时，编译器不能像使用裸指针那样优化智能指针的代码。自那时以来可能已经有所改变。

- Mark Ransom

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当我最后一次使用VC6测试旧版本的boost（我想是1.34）时，编译器优化了weak_ptr的refcount的原子增量。这使得事情运行得更快，尽管在线程库中引起了相当多的崩溃。 - Michel

VC6目前仍被大型项目广泛使用，因为这些项目难以轻易转换。但是，公正地说，在VS.NET产品生命周期内，直到VC2003的第二个版本发布之前，它并不是一款成熟的编译器。 - ApplePieIsGood

Answer 6

有一种常被忽视的中间方式，介于“手动”管理的std::vector<T*>（即原始指针）和std::vector<boost::shared_ptr<T> >之间，即boost::ptr_container类。这些类结合了原始指针容器的性能和智能指针容器的便利性（即它们提供了人们希望STL容器的std::auto_ptr提供的功能，如果那样可行）。

- timday