c++ - 使用 `new` 关键字后避免不断取消引用的标准方法是什么？

Question

new 关键字返回一个指向所创建对象的指针，这意味着您必须继续遵守它 - 我只是担心性能可能会受到影响。

例如我面临的一个常见情况:

class cls {
    obj *x; ...
}

// Later, in some member function:
x = new obj(...);
for (i ...) x->bar[i] = x->foo(i + x->baz);  // much dereferencing

我也不太热衷于引用变量，因为我有很多 *x(例如 *x, *y, *z, ...)并且必须在每个函数的开头编写 &x_ref = *x, &y_ref = *y, ... 很快就会变得乏味和冗长。

确实，这样做更好吗:

class cls {
    obj x; ...    // not pointer
}
x_ptr = new obj(...);
x = *x_ptr;       // then work with x, not pointer;

那么使用 new 创建的变量的标准方法是什么？

Answer 1

没有其他方法可以处理 new 创建的对象。 new 创建的未命名对象的位置始终是一个运行时 值。这立即意味着对此类对象的每次访问都将始终无条件地需要解除引用。没有办法解决它。根据定义，这就是“取消引用”的实际含义 - 通过运行时地址访问。

您尝试通过在函数开头执行 &x_ref = *x 将指针“替换”为引用是毫无意义的。他们一事无成。这种情况下的引用只是语法糖。它们可能会减少源代码中 * 运算符的数量(并且可能会增加 & 运算符的数量)，但它们不会影响机器中物理取消引用的数量代码。它们将导致完全相同的机器代码，其中包含完全相同数量的物理取消引用和完全相同的性能。

请注意，在多次重复取消引用的情况下，智能编译器可能(并且将会)实际读取目标地址并将其存储在 CPU 寄存器中，而不是每次都从内存中重新读取它。通过存储在 CPU 寄存器中的地址访问数据总是最快的，即它甚至比通过嵌入到 CPU 指令中的编译时地址访问数据更快。出于这个原因，重复取消引用可管理的复杂性可能不会对性能产生任何负面影响。当然，这在很大程度上取决于编译器的质量。

在观察到重复取消引用对性能产生重大负面影响的情况下，您可能会尝试将目标值缓存在本地缓冲区中，使用本地缓冲区进行所有计算，然后，当结果准备就绪时，将其存储在原始指针。例如，如果您有一个通过指针 int *px 重复访问(读取和/或写入)数据的函数，您可能希望将数据缓存在普通局部变量 x

int x = *px;

在整个函数中使用 x 并在最后做

*px = x;

不用说，这仅在复制对象对性能的影响较低时才有意义。当然，在出现别名的情况下，您必须小心使用此类技术，因为在这种情况下，*px 的值不会持续保持。 (再次注意，在这种情况下，我们使用普通变量 x，而不是引用。您尝试用引用替换单级指针的尝试根本没有实现。)

同样，这种“数据兑现”优化也可以由编译器隐式执行，假设编译器对代码中存在的数据别名关系有很好的理解。这就是 C99 风格的 restrict 关键字可以提供很大帮助的地方。但那是另一个话题。

无论如何，没有“标准”方法可以做到这一点。最佳方法在很大程度上取决于您对每个特定代码段中存在的数据流关系的了解。