Question

图书馆代码：

class Resource 
{
public:
    typedef void (*func_sig)(int, char, double, void*);
//Registration
    registerCallback(void* app_obj, func_sig func)
    {
        _app_obj = app_obj;
        _func = func;
    }

//Calling when the time comes
    void call_app_code()
    {
        _func(231,'a',432.4234,app_obj);
    }
//Other useful methods
private:
    void* app_obj;
    func_sig _func;
//Other members
};

申请代码：

class App
{
public:
    void callme(int, char, double);
//other functions, members;
};

void callHelper(int i, char c, double d, void* app_obj)
{
    static_cast<App*>(app_obj)->callme(i,c,d);
}

int main()
{
    App a;
    Resource r;
    r.registercallback(&a, callHelper);
//Do something
}

以上是回调机制的最小实现。它更详细，不支持绑定，占位符等，如std :: function。如果我使用std::function或boost::function作为上述用例，是否会有任何性能缺陷？这个回调将成为实时应用程序的非常关键的路径。我听说boost :: function使用虚函数来进行实际的调度。如果没有涉及绑定/占位符，那么会优化吗？

更新

对于那些有兴趣检查最新编译器中的程序集的人：https://gcc.godbolt.org/z/-6mQvt

Answer 1

我经常想知道自己，所以我开始编写一些非常小的基准测试，试图通过每个函数指针回调版本的循环原子计数器来模拟性能。

请记住，这些裸调用只执行一项操作的函数，以原子方式递增其计数器;

通过检查生成的汇编器输出，你可能会发现，一个裸C函数指针循环被编译成3个CPU指令;

C ++ 11的std::function调用只增加了2个CPU指令，因此在我们的示例中有5个。作为结论：使用函数指针技术的方式绝对无关紧要，开销差异在任何情况下都非常小。

（（但令人困惑的是，指定的lambda表达式似乎比其他表达式运行得更快，甚至比C-one还快。）

使用以下代码编译示例：clang++ -o tests/perftest-fncb tests/perftest-fncb.cpp -std=c++11 -pthread -lpthread -lrt -O3 -march=native -mtune=native

#include <functional>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

typedef unsigned long long counter_t;

struct Counter {
    volatile counter_t bare;
    volatile counter_t cxx;
    volatile counter_t cxo1;
    volatile counter_t virt;
    volatile counter_t lambda;

    Counter() : bare(0), cxx(0), cxo1(0), virt(0), lambda(0) {}
} counter;

void bare(Counter* counter) { __sync_fetch_and_add(&counter->bare, 1); }
void cxx(Counter* counter) { __sync_fetch_and_add(&counter->cxx, 1); }

struct CXO1 {
    void cxo1(Counter* counter) { __sync_fetch_and_add(&counter->cxo1, 1); }
    virtual void virt(Counter* counter) { __sync_fetch_and_add(&counter->virt, 1); }
} cxo1;

void (*bare_cb)(Counter*) = nullptr;
std::function<void(Counter*)> cxx_cb;
std::function<void(Counter*)> cxo1_cb;
std::function<void(Counter*)> virt_cb;
std::function<void(Counter*)> lambda_cb;

void* bare_main(void* p) { while (true) { bare_cb(&counter); } }
void* cxx_main(void* p) { while (true) { cxx_cb(&counter); } }
void* cxo1_main(void* p) { while (true) { cxo1_cb(&counter); } }
void* virt_main(void* p) { while (true) { virt_cb(&counter); } }
void* lambda_main(void* p) { while (true) { lambda_cb(&counter); } }

int main()
{
    pthread_t bare_thread;
    pthread_t cxx_thread;
    pthread_t cxo1_thread;
    pthread_t virt_thread;
    pthread_t lambda_thread;

    bare_cb = &bare;
    cxx_cb = std::bind(&cxx, std::placeholders::_1);
    cxo1_cb = std::bind(&CXO1::cxo1, &cxo1, std::placeholders::_1);
    virt_cb = std::bind(&CXO1::virt, &cxo1, std::placeholders::_1);
    lambda_cb = [](Counter* counter) { __sync_fetch_and_add(&counter->lambda, 1); };

    pthread_create(&bare_thread, nullptr, &bare_main, nullptr);
    pthread_create(&cxx_thread, nullptr, &cxx_main, nullptr);
    pthread_create(&cxo1_thread, nullptr, &cxo1_main, nullptr);
    pthread_create(&virt_thread, nullptr, &virt_main, nullptr);
    pthread_create(&lambda_thread, nullptr, &lambda_main, nullptr);

    for (unsigned long long n = 1; true; ++n) {
        sleep(1);
        Counter c = counter;

        printf(
            "%15llu bare function pointer\n"
            "%15llu C++11 function object to bare function\n"
            "%15llu C++11 function object to object method\n"
            "%15llu C++11 function object to object method (virtual)\n"
            "%15llu C++11 function object to lambda expression %30llu-th second.\n\n",
            c.bare, c.cxx, c.cxo1, c.virt, c.lambda, n
        );
    }
}

Answer 2

std::function对函数类型执行类型擦除，并且有多种方法可以实现它，因此您可能应该添加使用哪个版本的编译器来获得确切的答案。

boost::function在很大程度上与std::function完全相同，并且在呼叫开销和一些FAQ上附带general section on performance条目。这些提供了关于函数对象如何执行的一些提示。如果这适用于您的情况，取决于您的实施，但数字不应有显着差异。

Answer 3

我使用Google Benchmark进行了快速基准测试结果如下：

Run on (4 X 2712 MHz CPU s)
----------------------------------------------------------
Benchmark                   Time           CPU Iterations
----------------------------------------------------------
RawFunctionPointer         11 ns         11 ns   56000000
StdBind                    12 ns         12 ns   64000000
StdFunction                11 ns         11 ns   56000000
Lambda                      9 ns          9 ns   64000000

似乎最好的解决方案是使用lambda（就像此线程中提到的用户 christianparpart 一样）。我用于基准测试的代码可以在下面找到。

#include <benchmark/benchmark.h>

#include <cstdlib>
#include <cstdio>
#include <functional>

static volatile int global_var = 0;

void my_int_func(int x)
{
    global_var = x + x + 3;
    benchmark::DoNotOptimize(global_var);
    benchmark::DoNotOptimize(x);
}

static void RawFunctionPointer(benchmark::State &state)
{
    void (*bar)(int) = &my_int_func;
    srand (time(nullptr));
    for (auto _ : state)
    {
        bar(rand());
        benchmark::DoNotOptimize(my_int_func);
        benchmark::DoNotOptimize(bar);
    }
}

static void StdFunction(benchmark::State &state)
{
    std::function<void(int)> bar = my_int_func;
    srand (time(nullptr));
    for (auto _ : state)
    {
        bar(rand());
        benchmark::DoNotOptimize(my_int_func);
        benchmark::DoNotOptimize(bar);
    }
}

static void StdBind(benchmark::State &state)
{
    auto bar = std::bind(my_int_func, std::placeholders::_1);
    srand (time(nullptr));
    for (auto _ : state)
    {
        bar(rand());
        benchmark::DoNotOptimize(my_int_func);
        benchmark::DoNotOptimize(bar);
    }
}

static void Lambda(benchmark::State &state)
{
    auto bar = [](int x) {
        global_var = x + x + 3;
        benchmark::DoNotOptimize(global_var);
        benchmark::DoNotOptimize(x);
    };
    srand (time(nullptr));
    for (auto _ : state)
    {
        bar(rand());
        benchmark::DoNotOptimize(my_int_func);
        benchmark::DoNotOptimize(bar);
    }
}


BENCHMARK(RawFunctionPointer);
BENCHMARK(StdBind);
BENCHMARK(StdFunction);
BENCHMARK(Lambda);

BENCHMARK_MAIN();

std :: function的性能与原始函数指针和void *相比较？

3 个答案: