c++ - 将 uintptr_t 转换为 bool 数次减慢 SSO 基准测试

Question

考虑以下实现的类(基本上是为了 MCVE)小字符串优化(假设小端、64 位指针等):

class String {
   char* data_;
   bool sso() const { return reinterpret_cast<uintptr_t>(data_) & 1; }     
 public:
    String(const char * arg = "") {
       auto len = strlen(arg);
       if (len > 6) {
          data_ = new char[len + 1];
          memcpy(data_, arg, len + 1);
       } 
       else {
          data_ = reinterpret_cast<char*>((uintptr_t)1);
          memcpy(reinterpret_cast<char*>(&data_) + 1, arg, len + 1);
       }            
   }  
   ~String() { if (sso() == false) delete data_; }
// ~String() { if (reinterpret_cast<uintptr_t>(data_) & 1 == 0) delete data_; }
};

请注意，析构函数有 2 个版本。当我使用 Quick C++ Benchmark 测量这两个版本之间的差异时:

static void CreateShort(benchmark::State& state) {    
   for (auto _ : state) {    
      String s("hello");
      benchmark::DoNotOptimize(s); 
   }  
}

在使用 GCC 的第二种情况下，我的运行时间5.7 倍。我不明白为什么编译器不能在这里生成相同的优化程序集。如果按位 AND 运算的结果额外转换为 bool，是什么阻碍了编译器优化？ (虽然我不是汇编专家，但我可以看到两种变体的汇编输出存在一些差异，但无法弄清楚为什么会存在差异。)

• 基准链接:http://quick-bench.com/wZhYuffRc1LMwFJ4rx4Xxy330Sw
• Godbolt 链接:https://godbolt.org/z/dAUI_u

对于 Clang，没有区别，两种变体都很快。

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问题在于转换为 bool，而不在于内联。以下形式的析构函数导致同样的问题:

~String() { if ((bool)(reinterpret_cast<uintptr_t>(data_) & 1) == false) delete data_; }

Answer 1

对于这段代码:

if (reinterpret_cast<uintptr_t>(data_) & 1 == 0) delete data_;

它可以完全优化掉:1 == 0 始终是 0，并且 x & 0 对于所有 始终为 false >x。第一种情况比较慢，因为它实际上在做一些事情。

我想你的意思是:

if ( (reinterpret_cast<uintptr_t>(data_) & 1) == 0) delete data_;

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我用于 & | 优先级的助记符是记忆在 C 的前身中，没有单独的运算符 & 和 &&; & 运算符满足这两个角色(如果您想要进行逻辑比较，您可以手动转换为 bool 值范围)。所以 x == y & z == w 是检查这两个等式是否成立的正常代码。

引入&&时，为了避免破坏现有代码，&&的优先级低于&；但是&保持不变，在==下面。

C++ 语言也没有改变这些优先级，大概这是为了尽量减少两种语言之间的不兼容性。