c++ - vector 、矩阵和四元数的缓存性能

Question

我在过去的许多场合都注意到，C 和 C++ 代码对这些结构使用以下格式:

class Vector3
{
    float components[3];
    //etc.
}

class Matrix4x4
{
    float components[16];
    //etc.
}

class Quaternion
{
    float components[4];
    //etc.
}

我的问题是，这会导致比说这样更好的缓存性能吗？

class Quaternion
{
    float x;
    float y;
    float z;
    //etc.
}

...因为我假设类成员和函数位于连续的内存空间中，无论如何？我目前使用后一种形式，因为我觉得它更方便(但是我也可以看到数组形式的实际意义，因为它允许根据正在执行的操作将轴视为任意轴)。

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在听取了受访者的一些建议后，我测试了差异，实际上阵列速度较慢——我得到大约 3% 的帧率差异。我实现了 operator[] 来将数组访问包装在 Vector3 中。不确定这是否与它有任何关系，但我对此表示怀疑，因为无论如何都应该内联。我能看到的唯一因素是我不能再在 Vector3(x, y, z) 上使用构造函数初始化列表。然而，当我使用原始版本并将其更改为不再使用构造函数初始化列表时，它的运行速度比以前慢了很多(小于 0.05%)。没有线索，但至少现在我知道原来的方法更快。

Answer 1

这些声明在内存布局方面并不等同。

class Quaternion
{
    float components[4];
    //etc.
}

以上内容保证了元素在内存中是连续的，而如果它们像上一个示例中那样是单独的成员，则允许编译器在它们之间插入填充(例如将成员与某些地址模式对齐)。

这是否会导致更好或更差的性能主要取决于您的编译器，因此您必须对其进行分析。