Hidden Overhead of a Function API

• 语言: 英语
• 格式: .pdf
• 来源: github.com/CppCon

摘要

文档探讨了函数对象在C++中的开销，特别是内联函数对象和空函数对象的性能差异。C++23引入了静态operator()和[]以减少开销。文档还讨论了参数传递方式的效率，不同参数传递方式对性能的影响，以及std::function的开销问题。Eduardo Madrid的观点强调了理解目标平台上的抽象成本，并提到了增强的完美转发。基准测试显示了传递方式对性能的影响。

AI总结

《Hidden Overhead of a Function API》主要探讨了C++中函数API设计对性能的影响，特别是空函数对象和参数传递方式对性能的影响以及如何避免开销。以下是文档内容的总结：

---

### 核心观点
1. **空函数对象的开销**
- 简单的空函数对象（如`std::plus`）通常会被编译器内联，因而不会产生开销。但更复杂的空函数对象如果未被内联，可能会引入额外开销。
- C++23通过引入`static operator()`和`static[]`提供了改进，减少了这种开销。

2. **参数传递方式的性能影响**
- 参数传递方式对性能有重要影响。如果类对象较小，按值传递可能比按引用传递更高效，因为按值传递可以更好地利用寄存器。
- 文档提到“完美转发”（perfect forwarding）可以帮助保留参数在寄存器中的传递。

3. **std::function的开销**
- Eduardo Madrid指出，`std::function`的开销可能并不明显，但在低级别代码中可能会显著影响性能。
- 没有分析器可以直观指导这类开销的定位。

4. **性能对比与基准测试**
- 通过基准测试对比按值传递和按引用传递的性能差异，发现按值传递可能导致200%的开销。
- 提供了在线工具（如Quick Bench和Godbolt）来展示具体的性能对比。

5. **总体结论**
- 一个设计良好的函数API对性能的影响可能超过单个函数的逻辑实现，因此需要关注参数传递、内联优化等细节。
- 低级别的基准测试可能不够可靠，不能完全代表大型项目中的性能表现。

---

### 关键术语与概念
- **空函数对象**：指没有任何数据成员的函数对象，其开销主要来自内联情况。
- **内联**：编译器将函数代码直接嵌入调用处，以减少函数调用开销。
- **static operator()**：C++23新特性，允许将`operator()`定义为静态成员函数，减少运行时开销。

---

### 总结
文档强调了函数API设计中隐藏的性能开销，特别是在空函数对象和参数传递方式中的表现。通过内联优化、合理选择参数传递方式以及C++23的新特性，可以有效减少这些开销。同时，基准测试是评估性能影响的重要工具，但需要结合实际场景进行分析。