假设我有一个模板类,它包装了它的模板参数以提供一些额外的功能,比如将对象的状态保存到磁盘的能力:
template<typename T>
class Persistent {
std::unique_ptr<T> wrapped_obj;
public:
Persistent(std::unique_ptr<T> obj_to_wrap);
void take_snapshot(int version);
void save(int to_version);
void load(int to_version);
}
我想要另一个类,我们称之为 PersistentManager,存储这些模板化的 Persistent 对象的列表,并在不知道它们的模板参数的情况下调用它们的成员方法。我可以看到有两种方法可以做到这一点:使用 std::function 从每个方法中删除模板类型,或者使用抽象基类和虚函数调用。使用 std::function,每个 Persistent 对象都能够返回绑定(bind)到其成员的 std::functions 包:
struct PersistentAPI {
std::function<void(int)> take_snapshot;
std::function<void(int)> save;
std::function<void(int)> load;
}
template<typename T>
PersistentAPI Persistent<T>::make_api() {
using namespace std::placeholders;
return {std::bind(&Persistent<T>::take_snapshot, this, _1),
std::bind(&Persistent<T>::save, this, _1),
std::bind(&Persistent<T>::load, this, _1)}
}
然后 PersistentManager 可以存储 PersistentAPI
的列表s,并有这样的方法:void PersistentManager::save_all(int version) {
for(PersistentAPI& bundle : persistents) {
bundle.save(version);
}
}
使用继承,我将创建一个没有模板参数的抽象类,它将 Persistent 的每个方法都定义为虚拟的,并使 Persistent 继承自它。然后 PersistentManager 可以存储指向这个基类的指针,并通过虚函数调用来调用 Persistent 方法:class AbstractPersistent {
public:
virtual void take_snapshot(int version) = 0;
virtual void save(int to_version) = 0;
virtual void load(int to_version) = 0;
}
template<typename T>
class Persistent : public AbstractPersistent {
...
}
void PersistentManager::save_all(int version) {
for(AbstractPersistent* obj : persistents) {
obj->save(version);
}
}
这两种方法都为 PersistentManager 的函数调用增加了一些开销:它们不需要将函数调用直接分派(dispatch)到 Persistent 实例,而是需要通过中间层,要么是 std::function 对象,要么是 AbstractPersistent 中的虚函数表。我的问题是,哪种方法增加的开销更少?由于这些都是标准库中相当不透明的部分,因此我不太清楚 std::function 调用与通过基类指针进行的虚函数调用相比有多“昂贵”。
(我在这个网站上发现了一些其他关于 std::function 开销的问题,但它们都缺乏一个具体的替代方案来比较。)
最佳答案
我有点犹豫要不要回答这个问题,因为它很容易归结为意见。我一直在使用std::function
在一个项目中,所以我不妨分享我的两分钱(你可以决定如何处理输入)。
首先,我想重复一下评论中已经说过的话。如果你真的想看到性能,你必须做一些基准测试。只有在进行基准测试后,您才能得出结论。
幸运的是,您可以使用 quick-bench用于快速基准测试(!)。我用你的两个版本提供了基准,添加了一个为每次调用增加的状态,以及一个变量的 getter:
// Type erasure:
struct PersistentAPI {
std::function<void(int)> take_snapshot;
std::function<void(int)> save;
std::function<void(int)> load;
std::function<int()> get;
};
// Virtual base class
class AbstractPersistent {
public:
virtual void take_snapshot(int version) = 0;
virtual void save(int to_version) = 0;
virtual void load(int to_version) = 0;
virtual int get() = 0;
};
每个函数只是在相应的类中增加一个整数,并返回 get()
(希望编译器不会删除所有不必要的代码)。结果有利于虚函数,对于 Clang 和 GCC,我们有大约 1.7 的速度差异(https://quick-bench.com/q/wUbPp8OdtzLZv8H1VylyuDnd2pU,您可以更改编译器并重新检查)。
现在开始分析:为什么抽象类看起来更快?好吧,
std::function
有更多的间接方式。 ,但之前的包装中还有另一个间接,当我们调用 std::bind
时(!)。听 Scott Meyers 的话,lambda 比 std::bind
更受欢迎,不仅因为它们易于人们使用的语法(std::placeholders
并不漂亮),而且它们的编译器语法! lambda 调用更容易内联。内联对性能非常重要。如果可以通过在我们调用的地方添加代码来避免显式调用,我们可以节省一些周期!
更改
std::bind
到 lambdas 并再次执行,我们在 std::function 和继承(对于 Clang 和 GCC)之间具有非常相似的性能:https://quick-bench.com/q/HypCbzz5UMo1aHtRpRbrc9B8v44 .那么,它们为什么相似呢?对于 Clang 和 GCC,
std::function
在内部使用继承。在这里实现的类型删除只是隐藏了多态性。(请注意,这个基准测试可能会产生误导,因为对这两种情况的调用可能是完全内联的,因此根本不使用间接。测试用例可能必须更加棘手才能欺骗编译器。)
所以假设你有 Clang 和 GCC 作为编译器,你应该使用哪种方法?
PersistentAPI 更灵活,因为实际上
take_snapshot
, save
和 load
基本上是函数指针,不需要分配给单个类!和struct PersistentAPI {
std::function<void(int)> take_snapshot;
std::function<void(int)> save;
std::function<void(int)> load;
};
,作为开发人员完全有理由相信 PersistentAPI
是指派发到多个对象,而不仅仅是一个*单个*。 take_snapshot
例如可以调度到一个自由函数,而 save
和 load
到两个不同的类(class)。这是你想要的灵 active 吗?那么这就是你应该使用的。一般来说,我会使用 std::function
通过 API 让用户注册回调到任何选择的可调用对象。如果您想使用类型删除,但由于某种原因想要隐藏继承,您可以构建自己的版本。
std::function
接受所有具有 operator()
的类型,我们可以构建一个接受所有具有接口(interface)“take_snapshot,save and load”的类。练习一下就好了!// probably there is a better name for this class
class PersistentTypeErased {
public:
template<typename T>
PersistentTypeErased(T t) : t_(std::make_unique<Model<T>>(t)) {}
void take_snapshot(int version) { t_->take_snapshot(version); }
void save(int to_version) { t_->save(to_version); }
void load(int to_version) { t_->load(to_version); }
private:
struct Concept
{
virtual void take_snapshot(int version) = 0;
virtual void save(int to_version) = 0;
virtual void load(int to_version) = 0;
};
template<typename T>
struct Model : Concept
{
Model(T t) : t_(t) {}
void take_snapshot(int version) { t_.take_snapshot(version); }
void save(int to_version) { t_.save(to_version); }
void load(int to_version) { t_.load(to_version); }
T t_;
};
std::unique_ptr<Concept> t_;
};
该技术类似于 std::function
,现在您可能还可以看到类型删除如何在后台使用多态性。你可以看看它是如何使用的here .
关于c++ - 类型删除的 std::function 与虚函数调用的开销,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/62627564/