C++ Inlinine函数指针和模板函数设计

C++ Inlinine function pointers and template function design

本文关键字：函数 Inlinine 指针 C++      更新时间：2023-10-16

好的，我有一个类允许用户在100x64 LCD上设置像素。

// (U8 = unsigned char)
inline void pixelOn(const U8 X, const U8 Y) {
   *(disp + ((Y / LCD_DEPTH) * LCD_WIDTH + X)) |= (1 << (Y % LCD_DEPTH));
}

inline void pixelOff(const U8 X, const U8 Y) {
   *(disp + ((Y / LCD_DEPTH) * LCD_WIDTH + X)) &= !(1 << (Y % LCD_DEPTH));
}

现在我有一个在液晶屏上画一条线的类。有3个函数使用不同的像素"设置功能"：显示，erease，反转

void NLine::show(bool update) const {
    if(lcd == 0) return;
    if (!NLcd::pixelInLcd(x, y) && !NLcd::pixelInLcd(endX, endY))
        return;
    if ((x == endX) || (y == endY)) {
        straight(&NLcd::pixelOn);
    } else {
        bresenham(&NLcd::pixelOn);
    }
    visible = true;
    if (update) {
        display_update();
    }
}

目前调用一个私有函数来使用函数指针设置像素。

void NLine::bresenham(void (NLcd::*fpPixelState)(const U8, const U8)) const {
    // predetermine function to avoid ifs during calculation!
    // low level pixel functions use U8!
    S8 ix = x;
    S8 iy = y;
    S8 sx = ix < endX ? 1 : -1;
    S8 sy = iy < endY ? 1 : -1;
    S16 err = width + (-height), e2;
    for (;;) {
        // how to get the compiler to inline this (template?)!
        (lcd->*fpPixelState)(static_cast<U8>(ix), static_cast<U8>(iy));
        if (ix == endX && iy == endY)
            break;
        e2 = 2 * err;
        if (e2 > (-height)) {
            err += (-height);
            ix += sx;
        }
        if (e2 < width) {
            err += width;
            iy += sy;
        }
    }
}

我认为我希望编译器在 for 循环中内联此函数是可以理解的。我试图用模板解决这个问题，但存在同样的问题，我不知道编译器是否使用内联。我应该使用完全不同的设计还是如何解决这个问题？下一个问题是，如果我调用 show erase 和反转，编译器会生成很多代码，因为内联不同，所以我认为我应该使用不同的代码设计吗？

编辑：

首先，感谢迪特马尔·库尔的设计建议！所以这是结论：

这是测试代码：

NLine line(lcd, 0, 0, 99, 0);
t0 = timer.now();
for(S8 i=0; i<NLcd::LCD_HEIGHT; ++i) {
    // x0, y0, xend, yend
    line.setPosition(NLine::keep, i, NLine::keep, i);
    // call only straight not the bigger bresenham function
    line.show();
    line.erase();
    line.invert();
}
t1 = timer.now();

方法 1：使用功能指针（第一个）
内存：26384
室温：51 ms

方法 2：使用函数对象 （Dietmar Kühl）
内存：26592
室温：27 ms

方法三：使用切换入 for 循环确定像素运算函数
内存：26416
室温：36 ms

方法2：最佳RT，但事实证明，如果实现，程序会变得非常大周围的绘图方法变得非常大，尤其是对于布雷森汉姆。发生这种情况是因为模板实现为所有 3 像素函数生成了完整的代码。

方法

3：似乎最简单的方法是一个很好的权衡。

欢迎提出进一步的建议。

您不能将一个函数作为指向另一个函数的指针传递，并期望编译器内联它，除非代码真的很琐碎（这样编译器可以内联函数指针传递给的函数）。编译器（通常）不会知道您不会在其他上下文中传递其他函数指针（例如在不同的编译单元中），因此，它仍然必须"工作"函数指针就地。

可能有几种不同的方法可以"修复"这个问题，如果它真的那么重要 - 但是调用函数[通过指针或不通过指针]的开销可能非常小，而不是你正在做的数学（除以LCD_DEPTH是昂贵的）。您是否真的进行了测量以确定呼叫时间是否产生了差异？

另外，您的pixelOff代码可能是错误的，我希望： 

*(disp + ((Y / LCD_DEPTH) * LCD_WIDTH + X)) &= !(1 << (Y % LCD_DEPTH));

应该是：

*(disp + ((Y / LCD_DEPTH) * LCD_WIDTH + X)) &= ~(1 << (Y % LCD_DEPTH));

因为这会与

最有效的方法不是传入函数指针，而是使用指定函数对象的模板参数自定义函数。然后，您可以使用内联函数调用运算符传入函数对象（显然，成员函数需要在 NLine clas 中相应地声明：

template <typename PixelState>
    // PixelState is a function object taking
    // - a reference to an `NLcd`
    // - two U8 parameters and returns nothing
void NLine::bresenham(PixelState pixelState) const {
    // ...
    pixelState(lcd,static_cast<U8>(ix), static_cast<U8>(iy));
    // ...
}

然后，相应的函数对象可以是具有合适函数调用运算符的类，例如：

struct PixelOn
{
    void operator()(NLcd& lcd, U8 x, U8 y) const {
        lcd.pixelOn(x, y);
    }
};
// ...
bresenham(PixelOn());
// with C++ as of the 2011 revision:
bresenham([](Nlcd& lcd, U8 x, U8 y){ lcd.pixelOn(x, y); });

像这样的函数对象通常可以由编译器内联，编译器往往也擅长内联它们，因为这种技术经常使用，例如，与标准C++算法一起使用。您的特定函数是否实际内联取决于编译器是否决定这样做，但它通常会做出最有效的选择（当然，假设合理的优化级别）。如果NLcd::pixelOn可以内联，则此函数也将内联。

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