c++ - 未到达的案例会影响切换案例的性能

Question

在C++中，我有一个内联函数，其中包含一个switch-case语句。我发现，当对某些特定案例分支进行编程时，即使在运行时从未碰到特定案例，该程序的时间成本也显着增加。

代码示例如下所示:

#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <sys/time.h>
#include <string>

using namespace std;

enum Types {
    T0 = 0, T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8, T9, TS, TA, TB, TC
};

int64_t special(int64_t num, string str) {
    char buf[16];
    buf[0] = (num % 10) + '0';
    buf[1] = (num % 10) + '0';
    buf[2] = str.c_str()[0];
    return atoi(buf);
}

inline int64_t common(int64_t base, int64_t num) {
    return num + base;
}

inline int64_t myfunc(Types t, int64_t num) {
    string str;
    switch (t) {
    case T0:
        return 0;
        break;
#define CASE_TYPE(tv, base) \
    case tv: \
        return common(base, num); \
        break;
    CASE_TYPE(T1, 1)
    CASE_TYPE(T2, 2)
    CASE_TYPE(T3, 3)
    CASE_TYPE(T4, 4)
    CASE_TYPE(T5, 5)
    CASE_TYPE(T6, 6)
    CASE_TYPE(T7, 7)
    CASE_TYPE(T8, 8)
    CASE_TYPE(T9, 9)
#undef CASE_TYPE
    case TS:
        // Comment out the following 3 lines increases performance
        str = string((char*)&num, 4);
        return special(num, str);
        break;
        // Comment out the above 3 lines increases performance
    case TA:
    case TB:
    case TC:
        return 0;
        break;
    }
    return 0;
}

static const int LoopNum = 1000000000;

static inline int64_t now() {
    struct timeval tv;
    gettimeofday(&tv, NULL);
    return (int64_t)tv.tv_sec * 1000 + (int64_t)tv.tv_usec / 1000;
}


// execution command line: ./test 1 1
int main(int argc, char *argv[])
{
    Types t = (Types)atoi(argv[1]); // t = T1
    int64_t num = (int64_t)atoi(argv[2]); // t = 1
    int64_t total = 0;
    int64_t start = now();
    for (int i = 0; i < LoopNum; i++) {
        total += myfunc(t, num);
    }
    cout << "Time Cost: " << now() - start << " ms" << endl;
    cout << "Result: " << total << endl;
    return 0;
}

在此程序中，当 case TS块中的行被注释掉时，性能将大大提高:

使用 case TS块:时间成本= 2250毫秒

没有 case TS块:时间成本= 1492毫秒

程序使用命令 g++ -o test -O2 test.cpp && ./test 1 1编译和执行。使用此命令，程序中的变量值为 t = T1和 num = 1。

在 Windows Subsystem for linux (Ubuntu 18.04)上使用 g++ 7.4.0测试。

令人困惑的是，这个问题并不总是会出现。我不知道如何编写这样的代码(但是上面的示例确实出现了这个问题)。

根据我的测试，似乎在以下某些情况下会出现问题:

在特殊情况中，程序很复杂。例如。当程序包含远程进程调用时。

特定于的个案不是最后一个个案，或者个案值不是枚举中的最大值。

我真的不知道这种情况如何发生以及如何避免。任何人都可以给一个地方吗？该机制或替代方法都将有所帮助。谢谢。

Answer 1

查看Compiler Explorer上的反汇编，不同之处在于，当注释掉case TS的代码时，您将删除对本地str字符串变量的所有使用。编译器将其完全删除，生成的代码更加简单(因为没有可能调用构造函数或析构函数，尤其是删除以释放字符串的内存)。简化的代码足够小以适合处理器的环路流检测器(LSD)。由于重复指令始终驻留在指令队列中，因此LSD可以极大地提高紧密循环的性能，从而避免使用前端管道。