c++ - 对于计算密集型函数，类函数参数是否比 C++ 中的类变量更好？

Question

我正在实现一个将对一组图像执行计算的类。但是，该算法有一些参数。我还计划构建一个 MATLAB 接口(interface)来使用该类，并通过使用 MATLAB 使计算成为可能。

我想知道如何更好地设计类，以及在调用成员函数时传递参数或将它们作为类属性存储在类中是否更好。这是我用 C++ 编写的类的高级设计:

class ComputationClass {
  public:
    ComputationClass(InfrastructureClass cl);
    std::vector<float> computation_algorithm_1(std::vector<float> data);
    std::vector<float> computation_algorithm_2(std::vector<float> data);

  private:
    InfrastructureClass cl_;

    float computation_part_for_both_functions(std::vector<float> data);
};

该类需要另一个类的对象，该对象作为 API 执行部分计算。我无权访问其他类(class)，我只是在做一些请求等。

现在，两种计算算法(computation_algorithm_1 和computation_algorithm_2)都有一组通用的参数。例如:

• size_t max_allowed_iterations
• float 停止条件
• int power_of_Q(提高算法参数之一的能力

但是第二种算法有两个额外的参数，float step 定义每次迭代对结果的改变程度，以及 bool preprocess 定义是否需要预处理.这些算法各不相同，但通过使用 float computation_part_for_both_functions() 函数，它们具有一些共同的功能。他们遵循相同的想法，但他们有一些不同的步骤。

1. 一个选择是将算法参数实现为类变量(如果没有提供，构造函数将初始化它们)我还需要一些set和get 功能。用户(来自 C++ 或 MATLAB API)必须在调用算法之前设置参数。
2. 另一个选择让函数接受更多的参数。简化类，但函数可能会接收大量参数。此外，大多数算法参数都是可选的，并且它们有一些默认值。

问题是这些函数接收的参数列表可能会在不久的将来发生变化，并且可能会添加更多参数。

编辑:我正在考虑提供一些 public 嵌套类或 struct 以便我可以将我需要的参数传递给函数，因为你不能跳过默认参数在 C++ 中，但我不知道这是否是一个好的设计。

Answer 1

回答标题中的问题:我会说，从计算的角度来看，使用函数参数或类字段并不重要。两者同样有效。

但是，在某些边缘情况下，其中一个或另一个具有优势。

1. 如果函数是递归的，显然没有必要复制参数并且会增加一些小的开销。在这里，类字段可能是合适的。
2. 如果您经常访问参数，访问类的字段需要一个额外的间接访问(访问堆栈上的 this 然后访问 this->parameter vs. 访问堆栈上的 parameter)。这里，函数参数可能会更好。

在这两种边缘情况下，如果核心算法非常快并且主要计算时间用于递归或访问参数，则只会产生可测量的差异。

如果有疑问，我更喜欢函数参数，因为它们更直观。 (这当然是完全主观的。但我也习惯于函数式编程和 R，其中参数很少设置在单独的状态变量中。)

如果您有许多参数，可以考虑使用类字段(或单独的 struct parameters)。然后，函数签名可能看起来很难看:

return_type algorithm(int parameter1, double parameter2, int parameter3, int parameter4, int parameter5, double parameter6, int parameter7, int parameter8, bool parameter9, double parameter10, bool parameter11, double parameter12, int parameter13, double parameter14, int parameter15, int parameter16, bool parameter17, double parameter18, int parameter19, double parameter20, int parameter21, int parameter22, bool parameter23, double parameter24)

但是，如果您使用类字段，则在某处定义了同一组参数。因此，不妨重新格式化签名:

return_type algorithm(
    int parameter1,
    double parameter2,
    int parameter3,
    int parameter4,
    …)

要考虑的另一点(从代码维护的角度来看)是您是否将参数传递给各种子例程。那么，拥有一个紧凑的 parameters 对象肯定会更好。

从用户界面的角度来看，用户将参数传递给函数肯定更方便、更直观。但是，这并不妨碍您在类中设置字段。但我只会在真正必要的情况下添加这一点。

正如您在评论中所说，许多参数都有可选值；并且在 C++ 中不可能定义可选参数的任意子集。由于要从 Matlab 调用您的函数，因此我会简单地建议在 Matlab 中编写一个简单的包装器来处理所有可选参数，然后使用完整的参数集调用 C++ 函数。