有一个类SomeClass，它包含一些数据和操作这些数据的方法。并且必须使用一些参数创建它，例如:

SomeClass(int some_val, float another_val);

还有另一个类，比如 Manager，它包括 SomeClass，并大量使用它的方法。

那么，在性能(数据局部性、缓存命中等)方面会更好，将 SomeClass 的对象声明为 Manager 的成员并使用成员初始化在 Manager 的构造函数中或将 SomeClass 的对象声明为 unique_ptr？

class Manager
{    
public:    
    Manager() : some(5, 3.0f) {}

private:
    SomeClass some;    
};

或

class Manager
{
public:
    Manager();

private:
    std::unique_ptr<SomeClass> some;
}

最佳答案

简答

访问您的子对象的运行时效率很可能没有差异。但是由于多种原因，使用指针可能会变慢(请参阅下面的详细信息)。

此外，还有几件事你应该记住:

1. 使用指针时，通常需要为子对象单独分配/释放内存，这需要一些时间(quite a lot if you do it much)。
2. 使用指针时，无需复制即可廉价地移动子对象。

就编译时间而言，指针优于普通成员。使用普通成员，您不能删除 Manager 声明对 SomeClass 声明的依赖。使用指针，您可以使用前向声明来完成。更少的依赖性可能导致更少的构建时间。

详情

我想提供有关子对象访问性能的更多详细信息。我认为使用指针可能比使用普通成员慢，原因如下:

1. 普通成员的数据局部性(和缓存性能)可能会更好。您通常一起访问 Manager 和 SomeClass 的数据，普通成员保证靠近其他数据，而堆分配可能会将对象和子对象彼此远离。
2. 使用指针意味着多了一层间接寻址。要获取普通成员的地址，您可以简单地为对象地址添加一个编译时常量偏移量(通常与其他汇编指令合并)。使用指针时，您必须另外从成员指针中读取一个字才能获得指向子对象的实际指针。参见 Q1和 Q2了解更多详情。
3. Aliasing也许是最重要的问题。如果您使用的是普通成员，那么编译器可以假设:您的子对象完全位于内存中的对象内，并且不与对象的其他成员重叠。使用指针时，编译器通常不能假设这样的事情:您的子对象可能与您的对象及其成员重叠。结果，编译器不得不生成更多无用的加载/存储操作，因为它认为某些值可能会改变。

这是上一期的例子(完整代码是here):

struct IntValue {
    int x;
    IntValue(int x) : x(x) {}
};
class MyClass_Ptr {
    unique_ptr<IntValue> a, b, c;
public:
    void Compute() {
        a->x += b->x + c->x;
        b->x += a->x + c->x;
        c->x += a->x + b->x;
    }
};

显然，用指针存储子对象a、b、c是愚蠢的。我测量了对单个对象调用 10 亿次 Compute 方法所花费的时间。以下是不同配置的结果:

2.3 sec:    plain member (MinGW 5.1.0)
2.0 sec:    plain member (MSVC 2013)
4.3 sec:    unique_ptr   (MinGW 5.1.0)
9.3 sec:    unique_ptr   (MSVC 2013)

在查看每种情况下为最内层循环生成的程序集时，很容易理解为什么时间如此不同:

;;; plain member (GCC)
lea edx, [rcx+rax]   ; well-optimized code: only additions on registers
add r8d, edx         ; all 6 additions present (no CSE optimization)
lea edx, [r8+rax]    ; ('lea' instruction is also addition BTW)
add ecx, edx
lea edx, [r8+rcx]
add eax, edx
sub r9d, 1
jne .L3

;;; plain member (MSVC)
add ecx, r8d  ; well-optimized code: only additions on registers
add edx, ecx  ; 5 additions instead of 6 due to a common subexpression eliminated
add ecx, edx
add r8d, edx
add r8d, ecx
dec r9
jne SHORT $LL6@main

;;; unique_ptr (GCC)
add eax, DWORD PTR [rcx]   ; slow code: a lot of memory accesses
add eax, DWORD PTR [rdx]   ; each addition loads value from memory
mov DWORD PTR [rdx], eax   ; each sum is stored to memory
add eax, DWORD PTR [r8]    ; compiler is afraid that some values may be at same address
add eax, DWORD PTR [rcx]
mov DWORD PTR [rcx], eax
add eax, DWORD PTR [rdx]
add eax, DWORD PTR [r8]
sub r9d, 1
mov DWORD PTR [r8], eax
jne .L4

;;; unique_ptr (MSVC)
mov r9, QWORD PTR [rbx]       ; awful code: 15 loads, 3 stores
mov rcx, QWORD PTR [rbx+8]    ; compiler thinks that values may share 
mov rdx, QWORD PTR [rbx+16]   ;   same address with pointers to values!
mov r8d, DWORD PTR [rcx]
add r8d, DWORD PTR [rdx]
add DWORD PTR [r9], r8d
mov r8, QWORD PTR [rbx+8]
mov rcx, QWORD PTR [rbx]      ; load value of 'a' pointer from memory
mov rax, QWORD PTR [rbx+16]
mov edx, DWORD PTR [rcx]      ; load value of 'a->x' from memory
add edx, DWORD PTR [rax]      ; add the 'c->x' value
add DWORD PTR [r8], edx       ; add sum 'a->x + c->x' to 'b->x'
mov r9, QWORD PTR [rbx+16]
mov rax, QWORD PTR [rbx]      ; load value of 'a' pointer again =)
mov rdx, QWORD PTR [rbx+8]
mov r8d, DWORD PTR [rax]
add r8d, DWORD PTR [rdx]
add DWORD PTR [r9], r8d
dec rsi
jne SHORT $LL3@main

关于c++ - unique_ptr vs 类实例作为成员变量，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/29446796/