C++ 条件运算符的性能表现

Question

我有一个条件语句expensive_foo()，在99.9％的情况下为false。我还有一个条件语句bar，在大约50％的情况下为true。

如果这两个语句都为true，我想执行一些操作。因此，我几乎可以确定expensive_foo()为false，并且只有在bar为true时才想检查它。

下面的代码会仅在bar为true时检查expensive_foo()吗？还是每次都会检查expensive_foo()？

if ( bar && expensive_foo() )
{
    ...
}

或者我需要制作一个像这样的结构：

if ( bar )
{
    if ( expensive_foo() )
    {
        ...
    }
}

- Kolyunya

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逻辑布尔运算符短路，除非被重载，也就是说，只有当“bar”为真时，“foo”才会被检查，即“是的”。尽管如此，我必须承认，我并没有看到从节省一个布尔比较中获得的性能优势。 - Xeo

嗯，把那个加入问题中会很聪明。 - Xeo

那么，你是使用 bar && heavy_method_yielding_foo() 还是 foo = heavy_method(); if(bar && foo) ...？ - Xeo

这些是重要的细节，如果没有这些，回答问题基本上是不可能的（或者得到的答案可能不是你真正想要的）。 - Xeo

因为在你的编辑之后，它不再适用了。然后你又进行了编辑。 - Luchian Grigore

Answer 1

逻辑 AND 运算符 && 是短路的，这意味着只有在第一个操作数被评估为 true 时才保证评估第二个操作数。条件语句 if (bar && foo) 和 if (bar) if (foo) 是相同的。

由于计算 foo 的成本很高，你几乎肯定应该先检查 bar。即使分支预测器无法很好地预测 bar，与计算 foo 相比，这只是一个次要的影响。

因此，结构应该是这样的：

if (bar)
{
    if (bool const foo = compute())   // expensive
    {
        // ...
    }
}

请注意，所有这些结构都意味着我们可能会或可能不会调用compute()。如果您需要无条件地调用该函数，则应将其作为第一个检查。在这种情况下，应利用结果的成功分支预测。

- Kerrek SB

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这只在语义上是正确的，而不是在性能方面。如果bar和foo没有副作用，编译器仍然可以重新排序它们，从而导致性能损失。 - usr

@usr：我非常确定它不能。 - Puppy

@DeadMG 编译器可以执行不改变程序行为标准的任何操作。如果没有可观察到的行为变化，编译器就可以这样做。（不过，原帖已经被编辑，告诉我们 foo 实际上是 foo_expensive()。这使得我的观点无效，尽管它是正确的）。 - usr

@DeadMG 这要看情况。如果它们具有副作用，编译器无法重新排序这些副作用。否则，您将无法观察到任何区别。 - R. Martinho Fernandes

@Kolyunya：不是的。if (bar && compute()) 与 if (bar) { if (compute()) { /* .. */ } } 是完全相同的，很安全可靠。我只是想让你存储一下 compute() 的结果，或者加上一个 else 分支。但如果你不需要的话，随意将所有内容放到一个条件语句中即可。 - Kerrek SB

Answer 2

只有在bar为true的情况下，两个代码才会检查foo。在第一种情况下，这是由于语言懒惰的布尔表达式评估所保证的（实际上，某些编译器可以明确地关闭它，但默认情况下是开启的）。

- UnknownGosu

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如果有任何编译器允许你关闭短路求值，那会让我感到惊讶，因为这会破坏很多代码。 - Mike Seymour

你可以通过说“bar & foo”来关闭它。 - usr

Answer 3

我看到了一个评论，说编译器可以重新排列操作，我倾向于这种观点。改进顺序程序的自动并行化的努力已经带来了一些更好的编译器，并且它可以帮助程序员避免在程序中进行复杂的并行化编写。

如果重新排序不违反/恶化局部性或在广义上不违反程序实际意图，那么编译器就可以重新排序操作。

但我怀疑编译器是否会尝试重新排序像以下这样的条件语句：

  if ( bar && expensive_foo() )

如果将价格较低的布尔函数放在开头，我们肯定可以节省一些时间。

- sjsam

Answer 4

其他答案都很好，但我对前提有疑问。

如果您查询的谓词99.9%的时间是错误的，那就相当于在2000个条目的列表中进行线性搜索，您要查找的项可能随机分布在任何位置。

在这种情况下，通常会尝试以不同的方式组织列表，以便进行O(logN)（或更好）的搜索，而不是O(N)。 我不知道您是否可以这样做，但这是我关注的重点。

当一个问题具有高度倾斜的概率时，如果可以消除偏差，那么这可能是一个大的加速机会。 （假设在此活动中花费了大量时间。如果没有，那么这一点是无意义的。）

- Mike Dunlavey

Answer 5

如果两者的优化汇编代码不完全相同，我会感到惊讶。只有当bar为false时，expensive_foo()才不会被调用。

- mark