虛函數：在以下幾個方面，虛函數可能會造成性能損失：構造函數必須初始化vptr(虛函數表)；虛函數是通過指針間接調用的，所以必須先得到指向虛函數表的指針，然后再獲得正確的函數偏移量；內聯是在編譯時決定的，編譯器不可能把運行時才解析的虛函數設置為內聯。

無法內聯虛函數造成的性能損失最大。

某些情況下，在編譯期間解析虛函數的調用是可能的，但這是例外情況。由于在編譯期間不能確定所調用的函數所屬的對象類型，所以大多數虛函數調用都是在運行期間解析的。編譯期間無法解析對內聯造成了負面影響。由于內聯是在編譯期間確定的，所以它需要具體函數的信息，但如果在編譯期間不能確定將調用哪個函數，就無法使用內聯。

評估虛函數的性能損失就是評估無法內聯該函數所造成的損失。這種損失的代價并不固定，它取決于函數的復雜程度和調用頻率。一種極端情況是頻繁調用的簡單函數，它們是內聯的最大受益者，若無法內聯則會造成重大性能損失。另一極端情況是很少調用的復雜函數。

通過對類選擇進行硬編碼或者將它作為模板參數來傳遞，可以避免使用動態綁定。

因為函數調用的動態綁定是繼承的結果，所以消除動態綁定的一種方法是用基于模板的設計來替代繼承。模板把解析的步驟從運行期間提前到編譯期間，從這個意義上說，模板提高了性能。而對于我們所關心的編譯時間，適當增加也是可以接受的。

返回值優化：通過轉換源代碼和消除對象的創建來加快源代碼的執行速度，這種優化稱為返回值優化(Return Value Optimization, RVO)。

編譯器優化要保證原來計算的正確性。然而對于RVO來說，這一點并不總是易于實現的。既然RVO不是強制執行的，編譯器就不會對復雜的函數執行RVO。例如，如果函數有多個return語句返回不同名稱的對象，這樣就不會執行RVO。如果想使用RVO，就必須返回相同名稱的對象。

當編譯器無法執行RVO時，可按計算性構造函數的形式來實現。

如果必須按值返回對象，通過RVO可以省去創建和銷毀局部對象的步驟，從而改善性能。

RVO的應用要遵照編譯器的實現而定。這需要參考編譯器文檔或通過實驗來判斷是否使用RVO以及何時使用。

通過編寫計算性構造函數可以更好地使用RVO。

以下是測試代碼(return_value_optimization.cpp)：

#include "return_value_optimization.hpp"
#include <iostream>
#include <chrono>namespace return_value_optimization_ {// reference: 《提高C++性能的編程技術》：第四章：返回值優化class Complex {friend Complex operator + (const Complex&, const Complex&);friend void Complex_Add(const Complex&, const Complex&, Complex&);friend Complex Complex_Add2(const Complex&, const Complex&);friend Complex Complex_Add3(const Complex&, const Complex&);public:Complex(double r =0.0, double i =0.0) : real(r), imag(i) {} // 默認構造函數Complex(const Complex& c) : real(c.real), imag(c.imag) {} // 拷貝構造函數Complex(const Complex& a, const Complex& b) : real(a.real + b.real), imag(a.imag + b.imag) {} // 計算性構造函數Complex& operator = (const Complex& c) { this->real = c.real; this->imag = c.imag; return *this; }// 賦值運算符~Complex() {}private:double real;double imag;};Complex operator + (const Complex& a, const Complex& b)
{Complex retVal;retVal.real = a.real + b.real;retVal.imag = a.imag + b.imag;return retVal;
}// 消除局部對象retVal，直接把返回值放到__tempResult臨時對象中來實現優化，這就是返回值優化(RVO)
void Complex_Add(const Complex& a, const Complex&b, Complex& __tempResult)
{__tempResult.real = a.real + b.real;__tempResult.imag = a.imag + b.imag;
}Complex Complex_Add2(const Complex& a, const Complex& b)
{Complex retVal;retVal.real = a.real + b.real;retVal.imag = a.imag + b.imag;return retVal;
}// 通過計算性構造函數來執行加操作
Complex Complex_Add3(const Complex& a, const Complex& b)
{return Complex(a, b);
}int test_return_value_optimization_1()
{// 測試兩種加操作的實現性能:普通加操作、RVO加操作using namespace std::chrono;high_resolution_clock::time_point time_start, time_end;const int cycle_number {100000000};{ // 普通加操作Complex a(1, 0);Complex b(2, 0);Complex c;time_start = high_resolution_clock::now();for (int i = 0; i < cycle_number; ++i) {c = a + b;}time_end = high_resolution_clock::now();std::cout<<"common add time spent: "<<(duration_cast<duration<double>>(time_end - time_start)).count()<<" seconds\n";
}{ // RVO加操作Complex a(1, 0);Complex b(2, 0);Complex c;time_start = high_resolution_clock::now();for (int i = 0; i < cycle_number; ++i) {Complex_Add(a, b, c);}time_end = high_resolution_clock::now();std::cout<<"RVO add time spent: "<<(duration_cast<duration<double>>(time_end - time_start)).count()<<" seconds\n";
}// 測試兩種加操作的實現性能：普通加操作、使用計算性構造函數{ // 普通加操作Complex a(1, 0);Complex b(2, 0);Complex c;time_start = high_resolution_clock::now();for (int i = 0; i < cycle_number; ++i) {c = Complex_Add2(a, b);}time_end = high_resolution_clock::now();std::cout<<"common add time spent: "<<(duration_cast<duration<double>>(time_end - time_start)).count()<<" seconds\n";
}{ // 使用計算性構造函數Complex a(1, 0);Complex b(2, 0);Complex c;time_start = high_resolution_clock::now();for (int i = 0; i < cycle_number; ++i) {c = Complex_Add3(a, b);}time_end = high_resolution_clock::now();std::cout<<"計算性構造函數 add time spent: "<<(duration_cast<duration<double>>(time_end - time_start)).count()<<" seconds\n";}return 0;
}} // namespace return_value_optimization_

運行結果如下：

GitHub：?https://github.com/fengbingchun/Messy_Test ?

總結

以上是生活随笔為你收集整理的提高C++性能的编程技术笔记：虚函数、返回值优化+测试代码的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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