在C++中执行宏可以提高性能

Do macros in C++ improve performance?

本文关键字：高性能 C++ 执行      更新时间：2023-10-16

我是C++的初学者，刚刚读到宏的工作原理是随时替换文本。在这种情况下，这是否意味着它使.exe运行得更快？这与内联函数有何不同？

例如，如果我有以下宏：

#define SQUARE(x) ((x) * (x))

和正常功能：

int Square(const int& x)
{
    return x*x;
}

和内联功能：

inline int Square(const int& x)
{
    return x*x;
}

这三者之间的主要区别是什么，尤其是内联函数和宏之间的区别？非常感谢。

如果可能的话，应该避免使用宏。内联函数总是更好的选择，因为它们是类型安全的。内联函数应该和宏一样快（如果它确实是由编译器内联的；请注意，inline关键字不是绑定的，只是对编译器的提示，如果无法内联，编译器可能会忽略它）。

PS：就风格而言，对于基本的参数类型，如int或double，应避免使用const Type&。简单地使用类型本身，换句话说，使用

int Square(int x)

由于副本不会影响（甚至使性能变差）性能，请参阅例如此问题以了解更多详细信息。

宏翻译为：用模式B愚蠢地替换模式A。这意味着：一切都发生在编译器启动之前。有时它们会派上用场；但总的来说，它们应该避免。因为你可以做很多事情，以后在调试器中，你不知道发生了什么

此外：你的表演方式很好，很天真，可以说是友好的。首先你要学习这门语言（对于现代C++来说，这很难，因为有很多重要的概念和事情需要你去了解和理解）。然后你练习，练习，练习。然后，当您的现有应用程序出现性能问题时；然后进行分析以了解真正的问题。

换言之：如果你对表演感兴趣，那么你问错了问题。你应该更多地担心架构（比如：潜在的瓶颈）、配置（系统中不同节点之间的延迟）等等。当然，你应该运用常识；并且不写明显浪费存储器或CPU周期的代码。但有时一段运行速度慢50%的代码。。。阅读和维护起来可能容易500%。如果执行时间是500ms，而不是250ms；这可能是完全可以的（除非那个特定的部分每分钟被调用一千次）。

在没有优化标志的编译器（clang++）上，平方函数不会内联。它生成的代码看起来像这个

4009f0:       55                      push   %rbp
4009f1:       48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
4009f4:       89 7d fc                mov    %edi,-0x4(%rbp)
4009f7:       8b 7d fc                mov    -0x4(%rbp),%edi
4009fa:       0f af 7d fc             imul   -0x4(%rbp),%edi
4009fe:       89 f8                   mov    %edi,%eax
400a00:       5d                      pop    %rbp
400a01:       c3                      retq

imul是执行工作的汇编指令，其余的是四处移动数据。调用它的代码看起来像

  400969:       e8 82 00 00 00          callq  4009f0 <_Z6squarei>

iI将-O3标志添加到内联中，该imul显示在C++代码中调用该函数的主函数中

0000000000400a10 <main>:
400a10:       41 56                   push   %r14
400a12:       53                      push   %rbx
400a13:       50                      push   %rax
400a14:       48 8b 7e 08             mov    0x8(%rsi),%rdi
400a18:       31 f6                   xor    %esi,%esi
400a1a:       ba 0a 00 00 00          mov    $0xa,%edx
400a1f:       e8 9c fe ff ff          callq  4008c0 <strtol@plt>
400a24:       48 89 c3                mov    %rax,%rbx
400a27:       0f af db                imul   %ebx,%ebx

这是一件合理的事情，为您的机器获得汇编语言的基本处理，并在源代码上使用gcc-s，或在二进制文件上使用objdump-D（就像我在这里所做的那样）来查看到底发生了什么

使用宏而不是内联函数可以得到非常类似的

0000000000400a10 <main>:
400a10:       41 56                   push   %r14
400a12:       53                      push   %rbx
400a13:       50                      push   %rax
400a14:       48 8b 7e 08             mov    0x8(%rsi),%rdi
400a18:       31 f6                   xor    %esi,%esi
400a1a:       ba 0a 00 00 00          mov    $0xa,%edx
400a1f:       e8 9c fe ff ff          callq  4008c0 <strtol@plt>
400a24:       48 89 c3                mov    %rax,%rbx
400a27:       0f af db                imul   %ebx,%ebx

请注意宏的许多危险之一：它的作用是什么？

x = 5; std::cout << SQUARE(++x) << std::endl;

36？没有，42。它变成

std::cout << ++x * ++x << std::endl;

变成6*7

不要因为别人告诉你不要关心优化而拖延。使用C或C++作为语言本身就是一种优化。试着弄清楚你是否在浪费时间，并且要理智。

宏只是执行文本替换来修改源代码。

因此，宏本身并不会影响代码的性能。用于设计和编码的技术显然会影响性能。因此，宏对性能的唯一影响是基于宏的作用（即编写宏要发出的代码）。

宏的最大危险在于它们不尊重范围。他们所做的改变是无条件的、跨职能的，诸如此类。编写宏时有很多微妙之处，可以使它们按预期运行（避免代码中意外的副作用，避免未定义的行为等）。这意味着使用宏的代码更难理解，也更难理解。

在最好的情况下，使用现代编译器，使用宏可以获得与内联函数相同的性能增益，但代价是增加代码错误行为的可能性。因此，您最好使用内联函数——与宏不同，它们是类型安全的，并且与其他代码一致工作。

现代编译器可能会选择不内联函数，即使您已将其指定为内联函数。如果发生这种情况，您通常不需要担心——在决定是否应该内联函数方面，现代编译器能够比大多数现代程序员做得更好。

只有当其参数本身是#defined常量时，使用这样的宏才有意义，因为计算将由预处理器执行。即便如此，也要仔细检查结果是否符合预期。

在处理经典变量时，（内联）函数形式应首选为：

  • 它是类型安全的
  • 它将以一致的方式处理用作参数的表达式。这不仅包括Peter引用的每/后增量的情况，而且当参数本身是计算密集型表达式时，使用宏形式强制对该参数求值两次（可能不一定求值为相同的值btw），而函数只求值一次

我不得不承认，我曾经为简单函数的快速原型设计编写过这样的宏，但这些年来让我失去的时间最终改变了我的想法！

相关文章：