c - 标记 union 中的函数指针为 "tag"

Question

我倾向于避免使用标记 union 的原因之一是，我不喜欢标记的 switch/case 语句可能会带来性能损失的想法，如果标签大于 4 个左右。

我的想法是，可以设置一个指向函数的指针来读取union中最后写入的值，而不是使用标签。例如:

union u{
   char a;
   int b;
   size_t c;
};

struct fntag{
   void (*readval)(union u *ptr, void *out);
   union u val;
};

然后，每当您向 val 写入值时，您也会相应地更新 readval 指针，以便它指向读取您写入的最后一个字段的函数在联盟中。是的，有一个难题，就是从哪里返回读取的值(因为同一个函数指针不能指向返回不同类型的函数)。我选择通过指向 void 的指针返回值，这样该函数也可以使用 C11 _Generic() 进行“重载”，从而将其转换并写入不同的类型输出。

当然，调用函数指针会带来性能开销，我猜它比检查枚举的值要重得多，但在某些时候，如果标签数量很大，我相信它会比 switch/case 更快。​​

我的问题是:你见过在什么地方使用过这种技术吗？ (我没有，而且我不知道这是否是因为现实世界的应用程序需要在 readval 函数上使用 _Generic() ，这需要 C11，或者是否是因为我的一些问题”我现在没有注意到)。您认为在当前的 Intel CPU 中，需要有多少个标签才能使指针的功能比 switch/case 更快？

Answer 1

你可以这么做。在您的情况下，更优化友好的函数签名将是 size_t size_t (*)(union u U) (所有 union 值都可以适合 size_t 和 union 足够小，可以更有效地传递值)，但即使如此，函数调用也具有不可忽略的开销，该开销往往比通过 switch 生成的跳转表进行跳转要大得多。

尝试如下:

#include <stddef.h>
enum en { e_a, e_b, e_c };
union u{
   char a;
   int b;
   size_t c;
};

size_t u_get_a(union u U) { return U.a; }
size_t u_get_b(union u U) { return U.b; }
size_t u_get_c(union u U) { return U.c; }

struct fntag{ size_t (*u_get)(union u U); union u u_val; };
struct entag{ enum en u_type; union u u_val; };

struct fntag fntagged1000[1000]; struct entag entagged1000[1000];

void init(void) {
    for (size_t i=0; i<1000; i++)
        switch(i%3){
        break;case 0: 
            fntagged1000[i].u_val.a = i, fntagged1000[i].u_get = &u_get_a;
            entagged1000[i].u_val.a = i, entagged1000[i].u_type = e_a;
        break;case 1: 
            fntagged1000[i].u_val.b = i, fntagged1000[i].u_get = &u_get_b;
            entagged1000[i].u_val.b = i, entagged1000[i].u_type = e_b;
        break;case 2:
            fntagged1000[i].u_val.c = i, fntagged1000[i].u_get = &u_get_c;
            entagged1000[i].u_val.c = i, entagged1000[i].u_type = e_c;
        }
}


size_t get1000fromEnTagged(void)
{
    size_t r = 0;
    for(int i=0; i<1000; i++){
        switch(entagged1000[i].u_type){
        break;case e_a: r+=entagged1000[i].u_val.a;
        break;case e_b: r+=entagged1000[i].u_val.b;
        break;case e_c: r+=entagged1000[i].u_val.c;
        /*break;default: __builtin_unreachable();*/
        }
    }
    return r;
}

size_t get1000fromFnTagged(void)
{
    size_t r = 0;
    for(int i=0; i<1000; i++) r += (*fntagged1000[i].u_get)(fntagged1000[i].u_val);
    return r;
}



int main(int C, char **V)
{
    size_t volatile r;
    init();
    if(!V[1]) for (int i=0; i<1000000; i++) r=get1000fromEnTagged();
    else for (int i=0; i<1000000; i++) r=get1000fromFnTagged();


}

在 -O2 处，我在基于开关的代码中获得了两倍以上的性能。