C ++：對於內置（即類似C的）類型，為什么按值傳遞通常比按引用傳遞更有效

Question

正如標題所示

Answer 1

編譯器供應商通常會將引用實現為指針。 指針的大小往往與許多內置類型相同或更大。 對於這些內置類型，無論是按值還是按引用傳遞，都將傳遞相同數量的數據。 但是，在該函數中，為了獲取實際數據，您需要取消引用此內部指針。 這可以在生成的代碼中添加一條指令，並且您還將有兩個可能不在緩存中的內存位置。 差異不會太大-但可以在緊密的循環中進行測量。

編譯器供應商在內置類型上使用const引用（有時也包括非const引用）時，可以選擇不考慮const引用-所有這些都取決於編譯器在處理函數及其調用者時可以使用的信息。

Answer 2

對於像int，char，short和float這樣的pod類型，數據的大小與傳遞來引用實際數據的地址的大小相同（或更小）。 在引用的地址上查找值是不必要的步驟，並且會增加額外的成本。

例如，使用以下函數foo和bar

void foo(char& c) {...}
void bar(char c) {...}

調用foo ，根據您的平台，將按32位或64位的值傳遞地址。 在foo使用c ，您將不得不查找傳入地址中保存的數據值。

調用bar ，將傳入char大小的值，並且沒有地址查找開銷。

Answer 3

在實踐中，C ++實現通常通過在內部傳遞一個指針來實現按引用傳遞（假定該調用未內聯）。

因此，沒有聰明的機制允許按引用傳遞更快，因為傳遞指針不會比傳遞較小的值更快。 一旦使用函數，按值傳遞也可以從更好的優化中受益。 例如：

int foo(const int &a, int *b) {
    int c = a;
    *b = 2;
    return c + a;
}

就編譯器所知， b指向a ，這稱為“別名”。 曾a被值傳遞，該功能可以優化到相當於*b = 2; return 2*a; *b = 2; return 2*a; 。 在現代CPU的指令流水線中，它更像是“開始加載，開始b存儲，等待a加載，乘以2，等待b存儲，返回”，而不是“開始加載，開始b存儲” ，等待a載入，等待b儲存，開始載入，等待a載入，將a添加到c，然后返回”，然后您開始了解為什么出現鋸齒的可能性會對性能產生重大影響。 在某些情況下，這不一定會產生巨大的影響。

當然，混疊僅在優化為某些可能的輸入改變功能效果的情況下才阻礙優化。 但是，僅僅因為您打算使用該函數是因為別名永遠不會影響結果，但這並不一定意味着編譯器可以認為它不會：有時，實際上，在您的程序中，不會發生別名，但是編譯器不會不知道 而且，不必每次都使用第二個指針參數，只要您的函數調用優化程序“看不到”的代碼，就必須假設任何引用都可能發生變化。