訪問者是否會影響應用程序的性能？

Question

我想知道訪問器的使用是否會顯着影響應用程序的性能。 假設我們有一個Point類，有兩個私有字段。 我們可以通過調用GetX（）等公共函數來訪問這些字段。

class Point
{
public:
    Point(void);
    double GetX();
    double GetY();
    void SetX(double x);
    void SetY(double y);

    ~Point(void);

private:
    double x,y;
};

但是，如果我們需要獲得字段xa的大量時間值（例如，如果我們處理圖像），這種結構是否會影響應用程序的性能？ 也許將字段x和y公開會更快？

Answer 1

首先， 這可能是過早的優化 ，並且在一般情況下，訪問者不是應用程序級瓶頸的來源。 然而，他們並不是神奇的小精靈塵埃。 一般情況下，訪問者不會損害性能。 有幾點需要考慮：

如果實現是inline或者如果您有一個支持鏈接時優化的工具鏈，則可能會產生0影響。 下面是一個可以讓你獲得不吸編譯器絕對相同的性能的例子。

class Point {
    public: double GetX() const;
    private: double x;
};
inline double Point::GetX() const { return x; }

如果實現是脫節的，那么您將增加函數調用的成本。 如果，如你所說，函數被多次調用，那么至少代碼或多或少保證在緩存中，但開銷的相對百分比可能很高：執行函數調用的工作高於移動一個double的工作，並且有一個指針間接，因為該函數實際上使用this作為參數。

如果實現既是脫節的又是可重定位庫（Linux * .so或Windows * .dll）的一部分，那么為了管理重定位，還會出現一個額外的間接。

相對於x86 32位，x86-64硬件上的后兩種成本都降低了; 這么多，你不應該擔心它。 我不能談論其他架構。

倒數第二，如果你有許多具有瑣碎的getter和setter的瑣碎對象，並且如果你沒有配置文件引導的優化或鏈接時優化，由於大量的微小函數可能會有緩存效果。 每個函數可能需要至少一個緩存行，並且這些函數不會以將常用部分組合在一起的方式自然地組織。 除非你正在編寫一個非常大規模的C ++項目或核心組件，例如KDE基礎系統，否則這個成本是你應該忽略的 。

最終，不要擔心。

Answer 2

這些方法應始終由編譯器內聯，並且其性能與將其公開相同。 您可以使用inline關鍵字來幫助編譯器，但這只是一個提示。 如果避免函數調用開銷非常重要，請閱讀生成的程序集。 如果他們被內聯你就可以了。 否則，您可能需要考慮放松其可見性。

Answer 3

在一個典型的情況下，不，性能沒有差別（除非你公平地告訴編譯器不要內聯任何函數）。 但是，如果允許它內聯函數，則可能會為兩者生成相同的匯編語言。

這應該不是 ，但是，被看作是通過包括這些可憎毀了你的設計的借口。 首先，一個類通常應該提供高級操作，所以（例如）你可以有一個move_relative和move_absolute ，所以不要這樣：

Point whatever;

whatever.SetX(GetX()+3);
whatever.SetY(GetY()+4);

......你會做這樣的事情：

Point whatever;

whatever.move_relative(3, 4);

然而，有時候，將數據作為數據公開確實有意義並且運作良好。 如果/當你打算這樣做時，C ++已經提供了一種封裝對數據的訪問的好方法：一個類。 它還為SetXXX和GetXXX提供了一個預定義的名稱 - 它們分別是operator=和operator T 正確的方法是這樣的：

template <class T>
class encapsulate {
    T value;
public:
    encapsulate(T const &t) : value(t) {}
    encapsulate &operator=(encapsulate const &t) { value = t.value; }
    operator T() { return value; }
};

使用它，您的Point類看起來像：

struct Point { 
    encapsulate<double> x, y;
};

有了這個，您想要公開的數據看起來就像是一樣。 同時，通過將encapsulate更改為執行任何操作所需的操作，您可以完全控制獲取/設置值。

Point whatever;
whatever.x = whatever.x + 3;
whatever.y = whatever.y + 4;

雖然我沒有在上面的演示模板中煩惱，但是支持普通的復合賦值運算符（ += ， -= ， *= ， /=等）也相當容易。 根據具體情況，消除其中許多因素通常很有用。 例如，添加/減去X / Y坐標通常是有意義的 - 但乘法和除法經常不會，所以你可以添加+=和-= ，如果有人不小心輸入/=或|= （僅舉幾例），他們的代碼根本無法編譯。

這還可以更好地執行您對數據所需的任何約束。 使用私有數據和訪問器/更改器，類中的其他代碼可以（並且幾乎不可避免地）以您不想要的方式修改數據。 通過強制執行正確的約束，沒有專門致力於什么的類，這個問題幾乎被消除了。 相反，類內外的代碼執行簡單的賦值（或使用值，視情況而定）並且它通過operator= / operator T自動路由 - 類中的代碼無法繞過任何需要的檢查。

既然你（顯然）關注效率，我會補充一點，這通常也不會有任何運行時成本。 事實上，作為一個模板在這方面給它一點點優勢。 正常函數中的代碼可以 （盡管只是偶然）以防止內聯擴展的方式重寫，使用模板消除了 - 如果您嘗試以不會生成內聯代碼的方式重寫它，它根本不會編譯的模板。

Answer 4

只要您在頭文件中定義函數，以便編譯器可以內聯它們就應該沒有任何區別。 但即使它們沒有內聯，你仍然不應該公開它們，除非分析表明它是一個重要的瓶頸並且公開變量可以改善這個問題。 公開變量會降低封裝和可維護性。 有關公共變量的更多信息，請參閱我的答案， 那么公共變量有什么用呢？

Answer 5

簡短的回答是肯定的，這會影響性能。 您是否會注意到差異是另一個問題，取決於您在訪問器中有多少代碼，以及其他內容。

但是，更重要的問題是，您是否需要使用訪問器獲得的收益？ 如果將字段設為公共字段，則會失去對其值的控制權。 你想讓x或y成為NaN嗎？ 還是+ -infinity？ 將它們公之於眾將使這種情況成為可能。

如果你稍后決定你的點類不接受double（可能你需要更高的精度或者不需要精度），那么直接訪問這些字段會帶來麻煩。 雖然此更改可能還需要更改訪問器，但設置者應該可以使用重載方法。 你可能仍然可以使用雙重的公開表示，而內部表示不是雙重的（盡管對於Point類來說這不太可能，我想）。

在其他情況下，您可能希望對訪問者和設置者產生副作用，使公共領域可以避免。 也許你想為你的點改變時創建事件，但是如果字段是公共的，那么你的類將不知道值何時改變。

添加

好吧，所以我對我的“是”進行了掩飾，以便我能夠解決我覺得更重要的非性能問題，但我並不感激。

在許多情況下，“是”可能是正確的，因為它是不可察覺的。 沒錯，使用內聯和kick-ass編譯器可能最終得到相同的代碼（假設一個訪問器，如double GetX() { return x; } ），但那里有很多ifs。 編譯器只會內聯最終位於同一目標文件中的內容（通常是從單個代碼文件創建的）。 因此，您還需要一個kick-ass鏈接器來優化其他目標文件中的引用（當您到達鏈接器時，內聯提示可能仍然不會保留在代碼中）。 因此，一些（但不一定是全部）代碼可能最終會完全相同，但這只是事后才能確認並且沒有用。

如果您關注圖像處理，那么可能值得允許朋友類，以便您編寫的圖像類可以直接訪問字段，但我再也不認為即使在這種情況下訪問者也會添加你的運行時很多。