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我面临一个有趣的优化问题。

在由大量类组成的大型代码库中，在许多地方经常使用/检查非常量全局（=文件范围）变量的值，并且要避免对该变量进行不必要的内存访问。

这个变量初始化了一次，但是由于它的初始化比较复杂，需要调用很多函数，所以不能这样初始化，在执行之前main()：

unsigned size = 1000;

int main()
{
  // some code
}

或者

unsigned size = CalculateSize();

int main()
{
  // some code
}

相反，它必须像这样初始化：

unsigned size;

int main()
{
  // some code
  size = CalculateSize();
  // lots of code (statically/dynamically created class objects, whatnot)
  // that makes use of "size"
  return 0;
}

仅仅因为size它不是一个常量并且它是全局的（=文件范围）并且代码又大又复杂，编译器无法推断size在size = CalculateSize();. 编译器生成的代码会从变量中获取和重新获取 的值，size并且不能将其“缓存”在寄存器或本地（堆栈上）变量中，该变量可能与其他经常访问的 CPU 的 d-cache 一起位于局部变量。

因此，如果我有类似以下的内容（出于说明目的而编造的示例）：

  size = CalculateSize();
  if (size > 200) blah1();
  blah2();
  if (size > 200) blah3();

编译器认为blah1()并且blah2()可能会更改size并生成从sizein读取的内存if (size > 200) blah3();。

我想随时随地避免额外的阅读。

显然，像这样的黑客：

const unsigned size = 0;

int main()
{
  // some code
  *(unsigned*)&size = CalculateSize();
  // lots more code
}

当他们调用未定义的行为时不会这样做。

问题是如何通知编译器它可以“缓存”size曾经size = CalculateSize();执行过的值，并在不调用未定义行为、未指定行为以及希望实现特定行为的情况下执行此操作。

这是C++03和g++ (4.xx)所需要的。C++11可能是也可能不是一个选项，我不确定，我试图避免使用高级/现代 C++ 功能以保持在编码指南和预定义工具集内。

到目前为止，我只提出了一个技巧，可以size在每个使用它的类中创建一个常量副本并使用该副本，就像这样（decltype使其成为 C++11，但我们可以不用decltype）：

#include <iostream>

using namespace std;

volatile unsigned initValue = 255;
unsigned size;

#define CACHE_VAL(name) \
const struct CachedVal ## name \
{ \
  CachedVal ## name() { this->val = ::name; } \
  decltype(::name) val; \
} _CachedVal ## name;

#define CACHED(name) \
  _CachedVal ## name . val

class C
{
public:
  C() { cout << CACHED(size) << endl; }
  CACHE_VAL(size);
};

int main()
{
  size = initValue;
  C c;
  return 0;
}

以上可能只在一定程度上有所帮助。是否有更好、更具启发性的编译器替代方案是合法的 C++？希望有一个最小侵入性（源代码方面）的解决方案。

更新：为了更清楚一点，这是在一个性能敏感的应用程序中。这并不是说我想摆脱对特定变量的不必要读取。我试图让/使编译器产生更优化的代码。任何涉及经常读取/写入另一个变量size的解决方案以及解决方案中的任何附加代码（尤其是分支和条件分支）执行的频率与size所提到的一样多，也会影响性能。我不想在一个地方赢，却在另一个地方失去同样甚至更多。

这是一个相关的非解决方案，导致 UB（至少在 C 中）。

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3 回答 3

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C++ 中有一个register关键字，它告诉编译器您计划大量使用变量。不了解您正在使用的编译器，但大多数现代编译器都会为用户执行此操作，如果需要，将变量添加到注册表中。您还可以将变量声明为常量并使用const_cast.

于 2013-11-10T00:45:50.053 回答
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#include <iostream>

unsigned calculate() {
    std::cout<<"calculate()\n";
    return 42;
}

const unsigned mySize() {
    std::cout<<"mySize()\n";
    static const unsigned someSize = calculate();
    return someSize;
}

int main() {
    std::cout<<"main()\n";
    mySize();
}

印刷： 

main()  
mySize()  
calculate()

在 GCC 4.8.0 上

分支预测器几乎可以完全减轻检查它是否已经初始化的问题。之后你最终会得到一个错误的结果和千万亿个正确的结果。

是的，在管道基本建成后，您仍然必须访问该状态，这可能会对缓存造成严重破坏，但除非您进行分析，否则您无法确定。此外，编译器可能会为你做一些额外的魔法（这正是你要找的），所以我建议你先用这种方法编译和分析，然后再完全放弃它。

于 2013-11-10T00:54:51.163 回答
0

什么：

const unsigned getSize( void )
{
  static const unsigned size = calculateSize();
  return size;
}

这将延迟 size 的初始化，直到第一次调用 getSize()，但仍将其保持为 const。

GCC 4.8.2

于 2013-11-10T01:03:34.540 回答