c++ - 手动编写的循环与运算符重载的效率

Question

在我正在处理的程序中，我有 3 元素数组，我将其用作数学 vector 以用于所有意图和目的。

在编写代码的过程中，我很想用简单的算术重载 (+, -, */) 编写自己的 Vector 类，这样我就可以简化语句，例如:

// old:
for (int i = 0; i < 3; i++)
    r[i] = r1[i] - r2[i];

// new:
r = r1 - r2;

这在生成的代码中应该或多或少是相同的。但是当涉及到更复杂的事情时，这真的会严重影响我的表现吗？我的代码中的一个例子是:

手写版:

for (int j = 0; j < 3; j++)
{
    p.vel[j] = p.oldVel[j] + (p.oldAcc[j] + p.acc[j]) * dt2 + (p.oldJerk[j] - p.jerk[j]) * dt12;
    p.pos[j] = p.oldPos[j] + (p.oldVel[j] + p.vel[j]) * dt2 + (p.oldAcc[j] - p.acc[j]) * dt12;
}

使用带有运算符重载的 Vector 类:

p.vel = p.oldVel + (p.oldAcc + p.acc) * dt2 + (p.oldJerk - p.jerk) * dt12;
p.pos = p.oldPos + (p.oldVel + p.vel) * dt2 + (p.oldAcc - p.acc) * dt12;

我正在尝试优化我的代码以提高速度，因为这种代码在内部循环中运行。对这些事情使用重载运算符会影响性能吗？我正在对一个由 n 个相互引力的物体组成的系统进行数值积分。这些 vector 运算非常常见，因此快速运行非常重要。

如有任何见解，以及我不知道的任何习语或技巧，我们将不胜感激。

Answer 1

如果您的编译器很好地内联和优化了这些操作，您通常不会发现编写良好的代码(使用运算符使其可读和可维护)与手动内联所有内容之间有什么区别。

手动内联还大大增加了出现错误的风险，因为您不会重复使用经过良好测试的单段代码，您将一遍又一遍地编写相同的代码。我建议使用运算符编写代码，然后如果您可以证明可以通过手动内联来加快速度，复制代码并手动内联第二个版本。然后，您可以将代码的两个变体相互比较以证明 (a) 手动内联是有效的，以及 (b) 可读代码和手动内联代码都产生相同的结果。

不过，在您开始手动内联之前，有一种简单的方法可以让您自己回答您的问题:以两种方式编写一些简单的测试用例，然后执行几百万次迭代，看看哪种方法执行得更快。这将教会您很多有关正在发生的事情的知识，并为您的特定实现和编译器提供一个明确的答案，而您将永远不会从此处收到的理论答案中得到这些答案。