C++ 函数对程序性能的影响
最编程
2024-04-14 10:52:40
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函数调用会引入性能开销,包括调用指令时间、参数传递、栈帧分配和函数入口/退出。通过内联函数、减少参数传递、优化递归函数和使用非虚拟函数,可以优化函数调用的性能,提高程序整体效率。
C++ 函数对程序性能的影响
引言
函数是模块化编程的核心,在 C++ 中广泛使用。然而,函数调用会引入性能开销,理解这种开销至关重要。
开销组成
函数调用开销主要由以下部分组成:
- 函数调用指令自身:调用指令本身引入了一个时间开销。
- 参数传递:将参数传递给被调函数会产生开销,特别是对于大型或复杂数据结构。
- 栈帧分配:每个函数调用都会创建一个栈帧,用于存储局部变量和调用信息。
- 函数入口和退出:进入和退出函数都需要执行某些指令,例如保存和恢复寄存器。
实战案例:比较内联函数和普通函数
内联函数可以显著减少函数调用的开销,因为编译器会在调用点直接展开函数代码。以下是一个演示:
// 普通函数 double square(double x) { return x * x; } // 内联函数 inline double square(double x) { return x * x; } int main() { double x = 2.0; double y = square(x); // 普通函数 double z = square(x); // 内联函数 return 0; }
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使用性能分析工具测量此代码,可以观察到内联函数调用比普通函数调用快得多。
优化函数调用的技巧
为了优化函数调用的性能,可以采用以下技巧:
- 尽量内联函数:编译器无法内联的所有函数,但对于经常调用的小型函数可以考虑内联。
- 减少参数传递:通过使用引用或指针传递大数据结构,避免不必要的复制。
- 优化递归函数:递归函数可能导致大量的栈帧分配,因此应优化递归调用。
- 使用非虚拟函数:虚拟函数的调用比非虚拟函数慢,因此应在需要时使用非虚拟函数。
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else return; }else if(buflen == 0) { // 这里表示对端的socket已正常关闭. } if(buflen == sizeof(buf) rs = 1; // 需要再次读取 else rs = 0; } 还有,假如发送端流量大于接收端的流量(意思是epoll所在的程序读比转发的socket要快),由于是非阻塞的socket,那么send函数虽然返回,但实际缓冲区的数据并未真正发给接收端,这样不断的读和发,当缓冲区满后会产生EAGAIN错误(参考man send),同时,不理会这次请求发送的数据.所以,需要封装socket_send的函数用来处理这种情况,该函数会尽量将数据写完再返回,返回-1表示出错。在socket_send内部,当写缓冲已满(send返回-1,且errno为EAGAIN),那么会等待后再重试.这种方式并不很完美,在理论上可能会长时间的阻塞在socket_send内部,但暂没有更好的办法. ssize_t socket_send(int sockfd, const char* buffer, size_t buflen) { ssize_t tmp; size_t total = buflen; const char *p = buffer; while(1) { tmp = send(sockfd, p, total, 0); if(tmp < 0) { // 当send收到信号时,可以继续写,但这里返回-1. if(errno == EINTR) return -1; // 当socket是非阻塞时,如返回此错误,表示写缓冲队列已满, // 在这里做延时后再重试. if(errno == EAGAIN) { usleep(1000); continue; } return -1; } if((size_t)tmp == total) return buflen; total -= tmp; p += tmp; } return tmp; } 二、epoll在LT和ET模式下的读写方式 在一个非阻塞的socket上调用read/write函数, 返回EAGAIN或者EWOULDBLOCK(注: EAGAIN就是EWOULDBLOCK) 从字面上看, 意思是: * EAGAIN: 再试一次 * EWOULDBLOCK: 如果这是一个阻塞socket, 操作将被block * perror输出: Resource temporarily unavailable 总结: 这个错误表示资源暂时不够, 可能read时, 读缓冲区没有数据, 或者, write时,写缓冲区满了 。 遇到这种情况, 如果是阻塞socket, read/write就要阻塞掉。 而如果是非阻塞socket, read/write立即返回-1, 同 时errno设置为EAGAIN. 所以, 对于阻塞socket, read/write返回-1代表网络出错了. 但对于非阻塞socket, read/write返回-1不一定网络真的出错了. 可能是Resource temporarily unavailable. 这时你应该再试, 直到Resource available. 综上, 对于non-blocking的socket, 正确的读写操作为: 读: 忽略掉errno = EAGAIN的错误, 下次继续读 写: 忽略掉errno = EAGAIN的错误, 下次继续写 对于select和epoll的LT模式, 这种读写方式是没有问题的. 但对于epoll的ET模式, 这种方式还有漏洞. epoll的两种模式 LT 和 ET
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