Question

假设我有以下内容：

struct point
{
  double x;
  double y;
  double z;
};

我可以写下以下内容：

void point_mult(point& p, double c) { p.x *= c; p.y *= c; p.z *= c; }
void point_add(point& p, const point& p2) { p.x += p2.x; p.y += p2.y; p.z += p2.z; }

所以我可以做以下事情：

point p{1,2,3};
point_mult(p, 2);
point_add(p, point{4,5,6});

这不需要point的副本，只需要两个结构，即point{1,2,3}的构造和point{4,5,6}的构造。即使point_add，point_mult和point{...}位于不同的编译单元中（即无法内联），我相信这也适用。

但是，我想用更实用的方式编写代码：

point p = point_add(point_mult(point{1,2,3}, 2), point{4,5,6});

如何编写point_mult和point_add以便不需要副本（即使point_mult和point_add位于不同的编译单元中），或者强制使用功能样式在C ++中效率不高？

Answer 1

让我们忽略问题的隐含谬误（即自动复制意味着效率降低）。而且我们也忽略了任何复制是否会实际发生的问题，或者它是否会被任何半合适的编译器所剔除。让我们看看它的面值：这可以不用复制就完成吗？

是的，它可能是r值引用的唯一其他合法用法（尽管之前被忽略的规定使这个用例可疑）：

point &&point_mult(point &&p, double c);

当然，这只会影响到临时工。所以你需要一个l值的替代版本：

point &point_mult(point &p, double c);

重点是你可以原样传递引用，作为对临时值的引用或对l值的引用。

Answer 2

可以使用非常难看的模板元编程来完成。例如，eigen使用模板，因此像matrix1 + matrix2 * matrix3这样的表达式不需要创建任何临时值。关于它如何工作的要点是矩阵的+和*运算符不返回Matrix个对象，而是返回某种矩阵表达式对象，该对象在表达式的类型上被模板化PARAMATERS。然后，此矩阵表达式对象只能在需要时计算表达式的一部分，而不是创建临时对象来存储子表达式的结果。

实际上实现这个可能会非常混乱。如果您有兴趣，请查看Eigen的来源。 Boost的uBlas也做了类似的事情，尽管它并不像eigen那么广泛。

Answer 3

高效（和通用）技术是表达模板。您可以阅读一个很好的介绍性解释here。

很难实现并且基于模板，你不能使用单独的编译单元，但它非常有效。符号计算中一个有趣的应用是解析：Boost.Spirit构建非常有效的解析器。

C ++ 11 auto 关键字有助于在实际编程任务中使用，就像处理复杂类型时一样，请参阅this其他答案。

Answer 4

首先，为什么不使用“更好”的功能？

struct Point {
  double x;
  double y;
  double z;

  Point& operator+=(Point const& right) {
    x += right.x; y += right.y; z += right.z;
    return *this;
  }

  Point& operator*=(double f) {
    x *= f; y *= f; z *= f;
    return *this;
  }
};

现在it can be used as：

Point p = ((Point{1,2,3} *= 2) += Point{4,5,6});

但我真的认为你在这里（以及表现）过多地担心副本。

让它发挥作用
快点

如果你没有任何已经发挥作用的东西，那么谈论表现就像追逐工厂......我们认为它们很少出现瓶颈。

Answer 5

将point_mult()的定义更改为：

point& point_mult(point& p, double c) { p.x *= c; p.y *= c; p.z *= c; return p; }
^^^^^^                                                                ^^^^^^^^^

并将其命名为：

point & p = point_add(point_mult(*new point{1,2,3}, 2), point{4,5,6});
     ^^^                         ^^^^^

涉及无复制。但是，您必须稍后执行delete &p;才能释放内存。

高效的功能风格（C ++ 11 ok）

5 个答案: