reinterpret_cast cast cost

Question

我理解的是，C++ reinterpret_cast 和 C 指针转换只是编译时的功能，并且完全没有性能成本。

这是真的吗？

- fulmicoton

Answer 1

这是一个很好的假设。然而，当存在reinterpret_cast<>或C指针转换时，优化器可能会受到限制，无法做出假设。尽管类型转换本身没有任何关联指令，但是最终生成的代码会变慢。

例如，如果你将一个整数转换为指针，优化器可能不知道该指针指向什么。结果就是，它可能会假设通过该指针的写操作可以更改任何变量。这比常见的优化，如在寄存器中存储变量，要慢。

- MSalters

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我认为“通常不是”不是你对“这是真的吗？”这个问题想要回答的内容。 - Rob Kennedy

很不可能。在旧的实现中，优化器只是将变量分配给寄存器。使用“register”会关闭该功能。现在，寄存器分配算法要好得多。例如，它们可以为多个变量重复使用一个寄存器，并仅在其生命周期的一部分将变量分配给寄存器。因此，对于变量的“register”关键字实际上被忽略了。 - MSalters

鉴于您关于优化器看到实际写入的评论，这是否意味着仅在指针类型之间进行的reinterpret_cast将被优化为没有运行时成本？ - Ephemera

@PLPiper：这可能会损害另一种普遍的优化。如果您通过float *写入，然后通过int *读取，则优化器通常可以重新排序两个语句。写入不会影响读取，因为类型不同。但是，如果在int*和float*之间有先前的reinterpret_cast，则优化器很可能会采取安全措施。 - MSalters

@IngeHenriksen：C语言中的强制类型转换稍微差一些，因为它可以做更多的事情（它可以结合const_cast和reinterpret_cast）。实际上，我不认为这会比单独使用reinterpret_cast对优化器造成更大的阻碍。出于可读性的原因，请优先考虑使用reinterpret_cast。C语言中的强制类型转换很难发现。 - MSalters

Answer 2

没错。除了在新宽度执行指令时可能会有的性能收益/损失外，没有其他成本。我可以补充一下，这种情况只在极少数情况下才会出现。在我听说过的所有平台上，指针之间的转换都是零成本的，不会对性能产生任何影响。

- Matt Joiner

Answer 3

在C++中，C样式的强制类型转换会首先尝试进行static_cast操作，只有在无法进行static_cast时才会执行reinterpret_cast。在多重继承（或将接口转换为具体类型时）static_cast可能会改变指针的值，这个偏移计算可能需要额外的机器指令。但这最多只会涉及一条机器指令，因此影响非常小。

- doron

Answer 4

是的，这是真的。在运行时会产生成本的转换类型是 dynamic_cast。

- Alex F

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static_cast可能会有运行时的成本，虽然通常只是一个指针调整或将一种类型转换为另一种类型的代码（例如将int转换为float）。 - Billy ONeal

static_cast 不也会调用用户定义的类型转换吗？而这样做的运行时成本是不可预测的。 - Ben Voigt

对的，static_cast 在类型（而非指针）转换的情况下具有运行时成本。我的观点是，相对于 C 式转换，dynamic_cast 是唯一具有额外运行时成本的转换类型。 - Alex F

Answer 5

你说得没错，但是要考虑一下：reinterpret_cast可能意味着设计有问题或者你正在做非常底层的事情。

而dynamic_cast则会有一些开销，因为它需要在运行时查找查找表。

- vulkanino

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dynamic_cast 更类似于带有运行时检查的 static_cast，而不是 reinterpret_cast。你不能使用 reinterpret_cast 转换多态类型。 - Billy ONeal

@Billy ONeal：你可以这样做，但不能实现多态感知。 - Matt Joiner

Answer 6

reinterpret_cast不会产生运行时开销.. 但是你必须小心，因为每次使用reinterpret_cast都是实现定义的。例如，将一个char数组重新解释为一个int数组可能会导致目标架构抛出中断，因为不同类型可能具有不同的对齐规则。

先保证正确性，然后再考虑效率。

- Billy ONeal

Answer 7

我之前在查看我的汇编代码，使用重新解释将有符号字符转换为无符号字符后，指令的数量增加了大约3或4个。

int main()
{
 signed char i = 0x80;
 (unsigned char&)i >>= 7;
 return i;
}

我在进行无符号字符转换以使用SHL指令而非SAR指令，以便新移位的位移位是0而不是变量i的有符号位值。

编译器仍然并且似乎总是使用SAR指令。但reinterpret类型转换使编译器添加了更多的指令。增加了3到4个指令！

我担心我的Unicode函数将UTF8转换为UTF16字符串比Win32 MultiByteToWideChar()慢近3倍。现在我担心强制转换是主要因素之一。

这是具有讽刺意味的，因为我们使用reinterpret_cast来提高速度。

- user13947194