嵌套循环内外变量声明的性能比较

Question

案例一

while (!channels_.empty())
            {
                for (auto it = channels_.begin(); it != channels_.end(); ++it)
                {
                    time_t stop_time;
                    if (it->second->active_playlist()->status_stop_time(it->second->on_air_row(), stop_time))
                    {

                    }
                }
            }

案例二

while (!channels_.empty())
        {
            time_t stop_time;
            for (auto it = channels_.begin(); it != channels_.end(); ++it)
            {

                if (it->second->active_playlist()->status_stop_time(it->second->on_air_row(), stop_time))
                {

                }
            }
        }

在案例 I 和案例 II 中，变量 stop_time 在嵌套循环的外部或内部声明。 哪一个在性能方面更好？ 为什么？

Answer 1

该标准几乎没有提及性能，但有一个明确的规则，即优化不得改变可观察到的副作用。

该标准没有描述堆栈或堆的使用，因此编译器在使用之前的任何时候在堆栈上为变量分配空间是完全合法的。

但最佳将取决于各种因素。 在最常见的架构上，在两个地方进行所有堆栈指针调整是最有意义的 - 进入和退出。 在 x86 上将堆栈指针更改 640 而不是 8 没有成本差异。

此外，如果编译器可以确定该值不会改变，那么优化器也可以将赋值提升到循环之外。

在实践中，x86 和基于 arm 的平台上的主流编译器（gcc、clang、msvc）会将堆栈分配聚合为单个向上和向下，并在给定足够的优化器设置/参数的情况下提升循环不变量。

如有疑问，请检查组件或基准。

我们可以用Godbolt快速证明这一点：

#include <vector>

struct Channel
{
  void test(int&);
};

std::vector<Channel> channels;

void test1()
{
  while (!channels.empty())
  {
    for (auto&& channel : channels)
    {
      int stop_time;
      channel.test(stop_time);
    }
  }
}

void test2()
{
  while (!channels.empty())
  {
    int stop_time;
    for (auto&& channel : channels)
    {
      channel.test(stop_time);
    }
  }
}

void test3()
{
  int stop_time;
  while (!channels.empty())
  {
    for (auto&& channel : channels)
    {
      channel.test(stop_time);
    }
  }
}

使用 GCC 5.1 和 -O3 这会生成三个相同的程序集：

    test1():
            pushq   %rbp
            pushq   %rbx
            subq    $24, %rsp
    .L8:
            movq    channels+8(%rip), %rbp
            movq    channels(%rip), %rbx
            cmpq    %rbp, %rbx
            je      .L10
    .L7:
            leaq    12(%rsp), %rsi
            movq    %rbx, %rdi
            addq    $1, %rbx
            call    Channel::test(int&)
            cmpq    %rbx, %rbp
            jne     .L7
            jmp     .L8
    .L10:
            addq    $24, %rsp
            popq    %rbx
            popq    %rbp
            ret

    test2():
            pushq   %rbp
            pushq   %rbx
            subq    $24, %rsp
    .L22:
            movq    channels+8(%rip), %rbp
            movq    channels(%rip), %rbx
            cmpq    %rbp, %rbx
            je      .L20
    .L14:
            leaq    12(%rsp), %rsi
            movq    %rbx, %rdi
            addq    $1, %rbx
            call    Channel::test(int&)
            cmpq    %rbx, %rbp
            jne     .L14
            jmp     .L22
    .L20:
            addq    $24, %rsp
            popq    %rbx
            popq    %rbp
            ret

    test3():
            pushq   %rbp
            pushq   %rbx
            subq    $24, %rsp
    .L26:
            movq    channels+8(%rip), %rbp
            movq    channels(%rip), %rbx
            cmpq    %rbp, %rbx
            je      .L28
    .L25:
            leaq    12(%rsp), %rsi
            movq    %rbx, %rdi
            addq    $1, %rbx
            call    Channel::test(int&)
            cmpq    %rbx, %rbp
            jne     .L25
            jmp     .L26
    .L28:
            addq    $24, %rsp
            popq    %rbx
            popq    %rbp
            ret

Answer 2

许多与性能相关的问题的一般答案是“衡量它并亲自查看”。 如果这很容易，那就去做吧。 在这种情况下，这很容易。

有时，查看汇编代码是件好事——如果代码在您的两种情况下相同（我猜是这样），您甚至不需要测量其性能。