c++ - 引用 static_cast 的引用和指向 static_cast 指针的指针的成本

Question

对引用 static_cast 的引用是否与指向指针 static_cast 的指针具有相同的运行时间成本？

例如

class B;
class A: public class B;

A obj;
A& ref = obj;
A* ptr = &obj;

// 1
static_cast<B&>(ref);
// 2
static_cast<B*>(ptr);

Answer 1

不，它们并不总是具有相同的成本。启用优化后，它们总是具有相同或非常接近相同的成本。

如果您向上或向下转换继承层次结构，其中任何一个

• 涉及多重继承，或者
• 一个多态类继承自一个非多态类，

然后指针的 static_cast 可能会产生 conditional move 的成本指令，而引用的 static_cast 则不会。

这是因为在这些情况下，基类子对象的地址可能与其完整对象的地址不同，因此 static_cast 可能涉及应用偏移量:在地址中添加或减去常量源类型对象的地址来计算目标类型对象的地址。

指针可以为空，空指针的 static_cast 必须生成空指针，因此如果指针为空，则不会应用偏移量。这意味着编译器必须使用条件移动指令来根据指针是否为空来选择是否应用偏移量。

引用不能为空，因此引用的 static_cast 不需要条件移动。 this 指针也是免疫的，因为 this 指针永远不会为 null。

请注意，这也会影响隐式派生到基础的转换，而不仅仅是显式 static_cast。

条件移动的成本通常可以忽略不计。如果代码使用指针更具可读性或表达力，则使用指针。为了避免条件移动而损害您的代码几乎总是非常愚蠢的。

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例子:

struct A { int a; };
struct B { int b; };
struct C : A, B { int c; };

B* cast(C* ptr) { return ptr; }
B& cast(C& ref) { return ref; }

编译器输出:(带有 -O2 的最新 GCC)

cast(C*):
        leaq    4(%rdi), %rax
        testq   %rdi, %rdi
        movl    $0, %edx
        cmove   %rdx, %rax
        ret
cast(C&):
        leaq    4(%rdi), %rax
        ret

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还请注意，如果大多数编译器能够证明指针永远不会为空，那么它们足够聪明，可以省略条件移动。例如，如果我们在 return ptr; 之前插入 int x = ptr->c; 那么编译器将看到指针间接寻址并假设它永远不会为 null，因为如果它是空的，那么程序无论如何都有未定义的行为，所以如果将偏移量应用于空指针并不重要。在这种情况下生成的代码与引用的转换相同。