4

指针转换被认为是昂贵的吗？（例如，转换指针/地址需要多少 CPU 周期），尤其是当您必须非常频繁地执行此操作时，例如（只是显示频率范围的示例，我知道对于这种特殊情况有更好的方法） ：

unsigned long long *x;
/* fill data to x*/

for (int i = 0; i < 1000*1000*1000; i++)
{

    A[i]=foo((unsigned char*)x+i);

};
4

4 回答 4

9

（例如，转换指针/地址需要多少 CPU 周期）

在大多数机器代码语言中，只有一种“类型”的指针，因此在它们之间进行转换不需要任何成本。请记住，C++ 类型实际上只存在于编译时。

真正的问题是这种代码会破坏严格的别名规则。您可以在其他地方阅读更多有关此内容的信息，但基本上编译器将通过未定义的行为产生不正确的代码，或者被迫做出保守的假设，从而产生更慢的代码。（请注意，char*和朋友在某种程度上不受未定义行为部分的约束）

优化器通常必须在存在指针的情况下对变量做出保守的假设。例如，知道变量 x 的值为 5 的常量传播过程将无法在分配给另一个变量（例如，*y = 10）后继续使用此信息，因为 *y 可能是别名x。这可能是在像 y = &x 这样的赋值之后的情况。

作为对 *y 赋值的结果，x 的值也会改变，因此将 x 为 5 的信息传播到 *y = 10 之后的语句可能是错误的（如果 *y 确实是 x 的别名）。但是，如果我们有关于指针的信息，常量传播过程可以进行如下查询：x 可以是 *y 的别名吗？然后，如果答案是否定的，则 x = 5 可以安全地传播。受别名影响的另一个优化是代码重新排序。如果编译器确定 x 不是 *y 的别名，则可以在赋值 *y = 10 之前移动使用或更改 x 值的代码，如果这将改进调度或允许执行更多循环优化。

为了以可预测的方式启用此类优化，C 编程语言的 ISO 标准（包括其较新的 C99 版本，请参阅第 6.5 节第 7 节）规定，不同类型的指针引用相同的指针是非法的（有一些例外）内存位置。这条规则被称为“严格别名”，有时可以显着提高性能，[1] 但众所周知，它会破坏一些其他有效的代码。一些软件项目故意违反了 C99 标准的这一部分。例如，Python 2.x 这样做是为了实现引用计数，[2] 并且需要对 Python 3 中的基本对象结构进行更改以启用此优化。Linux 内核这样做是因为严格的别名会导致内联代码的优化出现问题。 [3] 在这种情况下，当使用 gcc 编译时，调用选项 -fno-strict-aliasing 以防止可能产生意外代码的不需要的优化。[编辑]

http://en.wikipedia.org/wiki/Aliasing_(computing)#Conflicts_with_optimization

什么是严格的别名规则？

于 2013-01-23T11:36:30.630 回答
7

在您可能遇到的任何架构上，所有指针类型都具有相同的表示形式，因此表示相同地址的不同指针类型之间的转换没有运行时成本。这适用于 C 中的所有指针转换。

在 C++ 中，一些指针转换是有代价的，而另一些则没有：

  • reinterpret_castand const_cast（或等效的 C 样式转换，例如问题中的转换）和转换为或从void*将简单地重新解释指针值，而无需任何成本。
  • static_cast如果有多个基类，则指针到基类和指针到派生类之间的转换（隐式地，或使用或等效的 C 样式转换）可能需要向指针值添加固定偏移量。
  • dynamic_cast将做大量的工作来根据所指向对象的动态类型查找指针值。

从历史上看，一些体系结构（例如 PDP-10）对指针到字节和指针到字有不同的表示。那里的转换可能会有一些运行时成本。

于 2013-01-23T11:59:10.380 回答
1 
unsigned long long *x;
/* fill data to x*/

for (int i = 0; i < 1000*1000*1000; i++)
{

    A[i]=foo((unsigned char*)x+i); // bad cast

}

请记住，机器只知道内存地址、数据和代码。其他所有内容（例如类型等）只有编译器（帮助程序员）知道，并且执行所有指针运算，只有编译器知道每种类型的大小......等等。

在运行时，将一种指针类型转换为另一种指针类型不会浪费任何机器周期，因为转换不会在运行时发生。所有指针都被视为 4 字节长（在 32 位机器上），不多也不少。

于 2013-01-23T11:37:30.773 回答
0

这完全取决于您的底层硬件。

在大多数机器架构上，所有指针都是字节指针，字节指针和字节指针之间的转换是空操作。在某些架构上，指针转换在某些情况下可能需要额外的操作（例如，有些机器使用基于字的地址，将字指针转换为字节指针或反之亦然需要额外的操作）。

此外，这通常是一种不安全的技术，因为编译器无法对您正在执行的操作执行任何健全性检查，并且您最终可能会覆盖您没有预料到的数据。

于 2013-01-23T11:51:36.480 回答