C++ 编译花了大量精力使得class和原始类(primitive types)的用法一致。比如array的应用:
A a[100];// A is class
int b[100];
虽然a是用户定义的类的对象,但是用起来与整数型的array相比并无差别。我们现在看看语义上的差别。
如果A是具有值语义的POD(参见我关于值语义的博客:http://www.cnblogs.com/ly8838/p/3929025.html ),测试显示A 的创建和读写与一般变量没有任何差别,当然性能也不会有差别。
也就是说,A a[3] ;和 A a1, a2,a3; 在语义上完全一样,也没有丝毫性能上的区别。
我们有一个简单的struct:
struct StackObject
{
int _a;
int _b;
StackObject(): _a(0), _b(1)
{
}
};
和简单的测试函数:
void TestArraySemantics()
{
StackObject sa[10]; //line 1:call vector constructor iterator
sa[0]._a= 1;
sa[9]._b = 10;
}
在VC++2010中运行时,我们看到line1调用了编译自生的函数。这是一个通用的“矩阵构造循环(vector constructor iterator)”:
它的大致实施如下:
void Vector_constructor_iterator(
int array_size,
int array_element_size,
void (*Ctr)(void *addr),
char *arrayStartAddress)
{
for(int i = 0; i < array_size; ++i)
{
void *objAddr = arrayStartAddress + i * array_element_size;
Ctr(objAddr);
}
}
这是一个典型的 C 函数,它将 StackObject 的构造函数作为函数指针进行调用。
从这个函数来看,它使得A a[3]; 和A a1,a2, a3; 的语义发生了根本变化。我们不但要调用编译产生的函数,还要用指针间接地调用StackObject的构造函数。测试结果显示,用array比不用array的“构造”速度大约下降30%。考虑到array的应用价值,这个速度的下降是可以理解和接受的。
加了destructor后,A a[10] 的语义又有了新的变化。如果读了我的上篇关于异常处理的博客(http://www.cnblogs.com/ly8838/p/3961119.html )可知:编译必须保证所有创建的object“全部”被摧毁,所以它必须“记住”创建过程中的热点。
我们加另一个dummy 类,来测试destructor对array 的影响:
struct StackObject2
{
int _a;
int _b;
StackObject2(): _a(0), _b(1)
{
}
~StackObject2()
{
_a = _b = 0;
}
};
我们的测试函数改为
void TestArraySemantics()
{
clock_t begin = clock();
for (int i = 0; i < 100000; ++i)
{
StackObject sa[3]; //line1:test without d’tr
sa[0]._a= 1;
sa[1]._b = 2;
sa[2]._b = 3;
}
clock_t end = clock();
auto spent = double(end - begin) / CLOCKS_PER_SEC;
printf("spent for 'array' is %f\n", spent);
begin = clock();
for (int i = 0; i < 100000; ++i)
{
StackObject2 sa[3]; //line2:test with d’tr
sa[0]._a= 1;
sa[1]._b = 2;
sa[2]._b = 3;
}
end = clock();
spent = double(end - begin) / CLOCKS_PER_SEC;
printf("spent for 'array with dtro' is %f\n", spent);
begin = clock();
for (int i = 0; i < 100090; ++i)
{
StackObject sa1, sa2, sa3; //line3:test without array
sa1._a= 1;
sa2._b = 2;
sa3._b = 3;
}
end = clock();
spent = double(end - begin) / CLOCKS_PER_SEC;
printf("spent for 'none-array' is %f\n", spent);
}
上面的line2试图创建带有destructor的StackObject2类的array. 在VC++,我们注意到这时编译产生另一名字稍稍不同的函数“eh vector constructor iterator”,然而察看生成的代码,发现它和vector constructor iterator大大不同了。它的伪码大致如此:
void Vector_constructor_iterator_with_dtor(
int array_size,
int array_element_size,
void (*Ctr)(void *addr),
void (*Dtr)(void *addr),
char *arrayStartAddress)
{
int lastCreated = -1;
try
{
for(int i = 0; i < array_size; ++i)
{
void *objAddr = arrayStartAddress + i * array_element_size;
Ctr(objAddr);
lastCreated = i;
}
}
catch(...)
{
// destroy partially created array in case or fault
for(int i = 0; i <= lastCreated; ++i)
{
void *objAddr = arrayStartAddress + i * array_element_size;
Dtr (objAddr);
}
}
}
比较伪码我们看出:Vector_constructor_iterator_with_dtor 和 Vector_constructor_iterator 的主要区别是增加了异常处理的机制,用来销毁“已经构造”的矩阵元素。
运行 TestArraySemantics 表明,带有destructor的类的array构造速度下降了近 300%。
所以,去除不必要的destructor的重要性又一次充分体现。
C++ built-in array对class object的支持是十分重要的语言构造,它是C++把class object和原始变量同样对待的又一反映,它大大增加了C++的附加值。
然而我们一如既往,需要对C++这一语言构造的语义深入了解。以便正确使用C++ built-in array。