c++ - 优化非成本变量访问

Question

我面临一个有趣的优化问题。

在由大量类组成的大型代码库中，在许多地方经常使用/检查非常量全局(=文件范围)变量的值，并且该变量的不必要的内存访问是避免。

这个变量只初始化了一次，但是由于初始化比较复杂，需要调用很多函数，所以不能这样初始化，在执行main()之前:

unsigned size = 1000;

int main()
{
  // some code
}

或

unsigned size = CalculateSize();

int main()
{
  // some code
}

相反，它必须像这样初始化:

unsigned size;

int main()
{
  // some code
  size = CalculateSize();
  // lots of code (statically/dynamically created class objects, whatnot)
  // that makes use of "size"
  return 0;
}

仅仅因为 size 不是常量，它是全局的(=文件范围)并且代码又大又复杂，编译器无法推断出 size在 size = CalculateSize(); 之后永远不会改变。编译器生成的代码从变量中获取和重新获取 size 的值，并且不能将其“缓存”在寄存器或可能位于 CPU 的本地(堆栈)变量中d-cache 以及其他经常访问的局部变量。

因此，如果我有类似以下内容(出于说明目的而编造的示例):

  size = CalculateSize();
  if (size > 200) blah1();
  blah2();
  if (size > 200) blah3();

编译器认为 blah1() 和 blah2() 可能会改变 size 并生成从 size< 读取的内存 在 if (size > 200) blah3(); 中。

我想随时随地避免额外阅读。

显然，黑客攻击是这样的:

const unsigned size = 0;

int main()
{
  // some code
  *(unsigned*)&size = CalculateSize();
  // lots more code
}

不会执行，因为它们会调用未定义的行为。

问题是一旦执行了size = CalculateSize();，如何通知编译器它可以“缓存”size 的值，并且无需调用未定义的行为、未指定的行为，希望是特定于实现的行为。

这是 C++03 和 g++ (4.x.x) 所必需的。 C++11 可能是也可能不是一个选项，我不确定，我试图避免使用高级/现代 C++ 功能以保持在编码指南和预定义工具集中。

到目前为止，我只是想出了一个技巧，在每个使用它的类中创建 size 的常量拷贝并使用拷贝，就像这样 (decltype 使其成为 C++11，但我们可以不用 decltype):

#include <iostream>

using namespace std;

volatile unsigned initValue = 255;
unsigned size;

#define CACHE_VAL(name) \
const struct CachedVal ## name \
{ \
  CachedVal ## name() { this->val = ::name; } \
  decltype(::name) val; \
} _CachedVal ## name;

#define CACHED(name) \
  _CachedVal ## name . val

class C
{
public:
  C() { cout << CACHED(size) << endl; }
  CACHE_VAL(size);
};

int main()
{
  size = initValue;
  C c;
  return 0;
}

以上内容可能只在一定程度上有所帮助。是否有更好的、对编译器更有启发性的合法 C++ 替代方案？希望有一个最小侵入性(源代码方面)的解决方案。

更新:为了更清楚一点，这是在对性能敏感的应用程序中。这并不是说我一时兴起要摆脱对该特定变量的不必要读取。我试图让/使编译器产生更优化的代码。涉及以 size 的频率读取/写入另一个变量的任何解决方案以及以 size 的频率执行的解决方案中的任何其他代码(尤其是分支和条件分支)被称为也会影响性能。我不想在一个地方赢了，却在另一个地方输了同样甚至更多。

这是一个相关的non-solution, causing UB (至少在 C 中)。

Answer 1

C++ 中有 register 关键字，它告诉编译器您计划大量使用一个变量。不知道您正在使用的编译器，但大多数现代编译器都会为用户执行此操作，并在需要时将变量添加到注册表中。您还可以将变量声明为常量并使用 const_cast 对其进行初始化。