C++ 小对象性能

Question

在我的程序代码中有各种相当小的对象，范围从一个字节或 2 个字节到大约 16 个字节不等。 Vector2 (2 * T)、Vector3 (3 * T)、Vector4 (4 * T)、ColourI32 (4)、LightValue16 (2)、Tile (2) 等(括号中为字节大小)。

正在做一些分析(基于示例)，这导致我执行了一些比预期慢的功能，例如

//4 bits per channel natural light and artificial RGB
class LightValue16
{
...
    explicit LightValue16(uint16_t value);
    LightValue16(const LightValueF &);
    LightValue16(int r, int g, int b, int natural);

    int natural()const;
    void natural(int v);
    int artificialRed()const;
    ...
    uint16_t data;
};
...
LightValue16 World::getLight(const Vector3I &pos)
{ ... }

这个函数会做一些数学运算，通过几个数组查找值，其中一些默认值适用于人口稠密的地区。内容很好地内联，并且看一下反汇编看起来尽可能好。大约有 100 条指令。然而有一件事很突出，在所有返回网站上，它都是通过类似的方式实现的:

mov eax, dword pyt [ebp + 8]
mov cx, word ptr[ecx + edx * 2] ; or say mov ecx, Fh
mov word ptr [eax], cx
pop ebp
ret 10h

对于 x64，我看到了几乎相同的事情。我没有检查我的 GCC 构建，但我怀疑它做了几乎相同的事情。

我做了一些试验，发现使用 uint16_t 返回类型。它实际上导致 World::getLight 函数被内联(看起来几乎相同的核心 80 条指令，没有条件/循环不同的作弊)和我正在调查的外部函数的总 CPU 使用率从 16.87 开始% 到 14.04% 虽然我可以根据具体情况来做到这一点(以及我想尝试强制内联的东西)，但是否有任何实用的方法可以避免此类性能问题？整个代码的速度甚至可能提高几个 %？

我现在能想到的最好的办法是在这种情况下使用原始类型(< 4 或可能是 8 字节的对象)并将所有当前成员内容移动到非成员函数中，更像在 C 中所做的那样，仅使用命名空间。

考虑到这一点，我猜像“t foo(const Vector3F &p)”之类的东西比“t foo(float x, float y, float z)”通常也有成本？如果是这样，在一个广泛使用 const& 的程序中，它加起来会产生显着差异吗？

Answer 1

看看 Itanium C++ ABI .虽然您的计算机肯定没有 Itanium 处理器，但 gcc 对 x86 和 x86-64 ABI 的建模与 Itanium ABI 非常相似。链接部分指出

However, if the return value type has a non-trivial copy constructor or destructor, [return into caller-provided memory happens]

要了解非平凡复制构造函数或析构函数的含义，请查看 What are Aggregates and PODs and how/why are they special? ，并查看类“可平凡复制”的规则。在您的情况下，问题是您定义的复制构造函数。根本不需要它，编译器将合成一个复制构造函数，只根据需要分配 data 成员。如果你想明确声明你想要一个复制构造函数，并且你使用的是 C++11，你也可以将其记为默认函数，这不会使它变得不平凡:

LigthValue16(const LightValue16 & other) = default;