c++ - 为什么 boost::function 慢？

Question

我正在做一些计时测试，其中一项测试是比较调用函数的不同方式。我使用各种方法调用了 N 个函数。我尝试了常规函数调用、虚函数调用、函数指针和 boost::function。

我在 Linux 中使用 gcc 和 -O3 优化来做到这一点。

正如预期的那样，虚拟调用比常规函数调用慢。然而，令人惊讶的是 boost::function 比虚拟调用慢了 33%。

有没有其他人注意到这一点？任何线索为什么会这样？

Answer 1

如果可能，编译器可以内联常规函数，但boost::function永远不能内联。这是一大区别。

第二个区别是，boost::function实现类型擦除，这意味着它使用间接调用实际函数。意味着它首先调用一个虚函数，然后调用你的函数。所以通常它涉及（最少）两个函数调用（其中一个是virtual）。那是巨大的差异。

因此，基于此分析，可以推断出这一点（甚至无需编写测试代码）：

slowest ------------------------------------------------------> fastest 
        boost::function < virtual function < regular function 
slowest ------------------------------------------------------> fastest

在您的测试代码中确实如此。

请注意，它也适用std::function（自 C++11 起可用）。

Answer 2

Aboost::function不仅可以保存函数指针，还可以保存它调用可能虚拟对象的任意对象的完整副本operator()。

它可以帮助理解它是如何工作的（用于说明）。

这是一个boost::function类型技巧的玩具实现：

struct helper_base { virtual void do_it() = 0; };
template<typename Func>
struct helper:helper_base {
  Func func;
  helper(Func f):func(f) {}
  virtual void do_it() override { func(); }
};
struct do_something_later {
  boost::unique_ptr<helper_base> pImpl;
  template<typename Func>
  do_something_later( Func f ):pImpl(make_shared<helper<Func>>(f))
  {}
  void operator()() { (*pImpl).do_it(); }
private:
  do_something_later( do_something_later const& ); // deleted
  void operator=( do_something_later const& ); // deleted
};

这里 mydo_something_later接受一个任意对象 (Func) 并operator()按需调用它。它将我们正在调用的事物的类型包装在operator()类型擦除助手中，然后operator()通过虚函数调用。

Functype 可以是函数指针，也可以是带状态的函子。任何可以用 operator() 复制的东西都是公平的游戏。就用户do_something_later而言，只有一个二进制接口。

boost::function(and std::function) 使用基本相同的技术（有很多改进）将一整套可能的接口转换为一个接口。成本涉及调用virtual函数（或等效的间接级别）。

Answer 3

观察到的缓慢的真正原因是boost::function除了两个间接将指针与零进行比较。如果省略了这个测试，那么调用的执行速度将与虚函数一样快（这也涉及两个间接——一个指向 vtable 的指针，另一个指向实际函数）。