2

Ниже пример моей реализации. Не важно, что именно делают функции класса MyClass. Задача понять, насколько данная реализация хороша в плане производительности.

class MyFunctor
{
public:
    //MyFunctor(double (*func)()) : _func(func) {}; // can't do it
    MyFunctor(std::function<double(void)> func): _func(func) {};
    ~MyFunctor() {};

    double operator()() { return _func(); };

private:
    //double (*_func)();
    std::function<double(void)> _func;
    /*rest implementation*/
};


class MyClass1
{
    double _b{};
    double _c{};
    double _a{};

    vector<MyFunctor> _functors{};

    double func() { return (std::sin(_a) + std::cos(_b)); };
    double anotherFunc() { return _a * _a + _b * _b; };

public:
    MyClass1(double a) : _a(a), _b(a), _c(a)
    {
        _functors.push_back(MyFunctor{ [this]() {return func(); } });
        _functors.push_back(MyFunctor{ [this]() {return func() * func(); } });
        _functors.push_back(MyFunctor{ [this]() {return _a*anotherFunc(); } });
        _functors.push_back(MyFunctor{ [this]() {return _a + _b + _c; } });
    }

    vector<MyFunctor> getFunctors() { return _functors; }

    // FOR PERFORMANCE COMPARISON (do the same as functors)
    double F1() { return func(); };
    double F2() { return func() * func(); };
    double F3() { return _a*anotherFunc(); };
    double F4() { return _a + _b + _c; };

    ~MyClass1() {}
};

/*
 * .. i have many classes MyClass2, MyClass3, ... with getFunctors() function
 */

int main()
{
    using std::chrono::duration_cast;
    using clock_t = std::chrono::high_resolution_clock;
    using millisecond_t = std::chrono::duration<double, std::milli>;
    std::chrono::time_point<clock_t> tic;
    double elapsed;

    constexpr int N = 1000'000;

    MyClass1 C{ 1 };
    MyClass1 C2{ 2 };
    //MyClass2 D{ 3 }; // etc..

    auto functors = C.getFunctors(); // can also contain functors of other objects


    /* TEST FUNCTORS */
    double sum{};
    sum = 0.0;
    tic = clock_t::now();
    for (size_t i = 0; i < N; i++)
    {
        sum = 0;

        auto iter = functors.begin();
        while (iter != functors.end())
        {
            sum += (*iter)();
            ++iter;
        }
    }
    elapsed = duration_cast<millisecond_t>(clock_t::now() - tic).count();
    std::cout << "\t(functors) elapsed: " << elapsed << " millisec\t";
    std::cout << sum << "\n";


    /* TEST MEMBERS */
    sum = 0.0;
    tic = clock_t::now();
    for (size_t i = 0; i < N; i++)
    {
        sum = C.F1() + C.F2() + C.F3() + C.F4();
    }
    elapsed = duration_cast<millisecond_t>(clock_t::now() - tic).count();
    std::cout << "\t(members) elapsed: " << elapsed << " millisec\t";
    std::cout << sum << "\n";

    return 0;
}

Вывод:

(functors) elapsed: 117.828 millisec    8.29107 
(members) elapsed: 1.4552 millisec      8.29107 

В данном случае вызов функторов в ~100 раз медленнее, чем вызов напрямую методов класса.

msvc and gcc дают похожие результаты.

В моем приложении каждый функтор имеет несколько флагов, и в зависимости от значений этих флагов надо получить вектор значений функторов, удовлетворяющих некоторым условиям. Например, в функторах есть флаг, enable, и надо сформировать вектор double-ов - состоящий из значений функторов, для которых enable = true, или false. Получать такие векторы надо очень быстро после изменения флагов (на самом деле флаги - это состояния state machine).

Меня пугает такая разница в производительности, т.к. именно вычисление подобных функторов - основная нагрузка на производительность. А производительность на первом месте.

Стоит ли избегать в таких случаях std::function? Если да, то можно ли реализовать такую идею другим способом? Или проблема не в std::function, а в моей криворукости? Т.к. опыта в C++ я только набираюсь, хотелось бы услышать советы от экспертов.

Спасибо.

UPD: добавляю полный текст примера

// CMakeProject1.cpp : Defines the entry point for the application.
#include <functional>
#include <iostream>
#include <chrono>

using std::vector;
using std::string;

class MyFunctor
{
public:
    //Eq(double (*func)()) : _func(func) {}; // can't do it
    MyFunctor(std::function<double(void)> func): _func(func) {};
    ~MyFunctor() {};

    double operator()() { return _func(); };

private:
    //double (*_func)();
    std::function<double(void)> _func;
    /*rest implementation*/
};


class MyClass1
{
    double _b{};
    double _c{};
    double _a{};

    vector<MyFunctor> _functors{};

    double func() { return (std::sin(_a) + std::cos(_b)); };
    double anotherFunc() { return _a * _a + _b * _b; };

public:
    MyClass1(double a) : _a(a), _b(a), _c(a)
    {
        _functors.push_back(MyFunctor{ [this]() {return func(); } });
        _functors.push_back(MyFunctor{ [this]() {return func() * func(); } });
        _functors.push_back(MyFunctor{ [this]() {return anotherFunc(); } });
        _functors.push_back(MyFunctor{ [this]() {return _a + _b + _c; } });
    }

    vector<MyFunctor> getFunctors() { return _functors; }

    double F1() { return func(); };
    double F2() { return func() * func(); };
    double F3() { return anotherFunc(); };
    double F4() { return _a + _b + _c; };

    ~MyClass1() {}
};

/*
 * .. i have many classes MyClass2, MyClass3 ...
 */

int main()
{
    using std::chrono::duration_cast;
    using clock_t = std::chrono::high_resolution_clock;
    using millisecond_t = std::chrono::duration<double, std::milli>;
    std::chrono::time_point<clock_t> tic;
    double elapsed;

    constexpr int N = 1000'000;

    MyClass1 C{ 1 };
    MyClass1 C2{ 2 };
    //MyClass2 D{ 3 }; // etc..

    auto functors = C.getFunctors(); // also contains functors of other objects


    /* TEST FUNCTORS */
    double sum{};
    sum = 0.0;
    tic = clock_t::now();
    for (size_t i = 0; i < N; i++)
    {
        sum = 0;
        //for (auto& fu : functors)
        //    sum += fu();
        //sum = functors[0]() + functors[1]() + functors[2]() + functors[3]();

        auto iter = functors.begin();
        while (iter != functors.end())
        {
            sum += (*iter)();
            ++iter;
        }
    }
    elapsed = duration_cast<millisecond_t>(clock_t::now() - tic).count();
    std::cout << "\t(functors) elapsed: " << elapsed << " millisec\t";
    std::cout << sum << "\n";


    /* TEST MEMBERS */
    sum = 0.0;
    tic = clock_t::now();
    for (size_t i = 0; i < N; i++)
    {
        sum = C.F1() + C.F2() + C.F3() + C.F4();
    }
    elapsed = duration_cast<millisecond_t>(clock_t::now() - tic).count();
    std::cout << "\t(members) elapsed: " << elapsed << " millisec\t";
    std::cout << sum << "\n";

    return 0;
}

CMakeLists.txt

# CMakeList.txt : CMake project for CMakeProject1, include source and define
# project specific logic here.
#
cmake_minimum_required (VERSION 3.8)

project ("CMakeProject1")

set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set (CMAKE_CXX_FLAGS "-O3")

# Add source to this project's executable.
add_executable (CMakeProject1 
            "CMakeProject1.cpp"
            #"CMakeProject1.h"
            #"mvsignal.h"
            #"timer.h"
            )
7
  • это внушает оптимизм. Я запускаю под Visual Studio x64-Release. В CMAKE такие флаги set(CMAKE_CXX_STANDARD 17); set (CMAKE_CXX_FLAGS "-O3") 18 окт 2020 в 8:19
  • так же запускал под Ubuntu этот пример - такие же результаты... 18 окт 2020 в 8:21
  • 1
    Дайте минимальный воспроизводимый пример, чтобы можно было запустить у себя
    – dIm0n
    18 окт 2020 в 8:21
  • добавил полный текст 18 окт 2020 в 8:33
  • 1
    Полный текст не нужен, нужен минимальный воспроизводимый пример. Прежде чем создавать такие вопросы следует убедится, что вы замеряете то, что нужно. А не бесполезное безостановочное копирование векторов и функторов. 18 окт 2020 в 8:34

1 ответ 1

2

В медленном варианте вы вызываете функции не прямо, а из массива указателей на функции. Так как этот массив функций может в любой момент поменять значения указателей на функции оптимизатор ничего не может ускорить, а выполняет то что вы написали. Ассемблер :

.L135:
    movq    24(%rsp), %rbx  # MEM[(struct MyFunctor * const &)&functors], ivtmp.321
# functory.cpp:84:         sum = 0;
    movq    $0x000000000, (%rsp)    #, %sfp
.L134:
# functory.cpp:90:         while (iter != functors.end())
    cmpq    %rbx, 32(%rsp)  # ivtmp.321, MEM[(struct MyFunctor * const &)&functors + 8]
    je  .L132   #,
# /usr/include/c++/7/bits/std_function.h:704:       if (_M_empty())
    cmpq    $0, 16(%rbx)    #, MEM[base: iter$_M_current_40, offset: 16B]
    jne .L133   #,
.LEHB26:
# /usr/include/c++/7/bits/std_function.h:705:   __throw_bad_function_call();
    call    _ZSt25__throw_bad_function_callv    #
.L133:
# /usr/include/c++/7/bits/std_function.h:706:       return _M_invoker(_M_functor, std::forward<_ArgTypes>(__args)...);
    movq    %rbx, %rdi  # ivtmp.321,
    call    *24(%rbx)   # MEM[base: iter$_M_current_40, offset: 24B]
# functory.cpp:92:             sum += (*iter)();
    addsd   (%rsp), %xmm0   # %sfp, _88
    addq    $32, %rbx   #, ivtmp.321
    movsd   %xmm0, (%rsp)   # _88, %sfp
    jmp .L134   #
.L132:
# functory.cpp:82:     for (size_t i = 0; i < N; i++)
    decq    %rbp    # ivtmp_43
    jne .L135   #,

Быстрый вариант :

# functory.cpp:49:     double F1() { return func(); };
    leaq    48(%rsp), %rdi  #, tmp194
# functory.cpp:103:     tic = clock_t::now();
    movq    %rax, %rbx  #, tic
# functory.cpp:49:     double F1() { return func(); };
    call    _ZN8MyClass14funcEv #
# functory.cpp:36:     double anotherFunc() { return _a * _a + _b * _b; };
    movsd   64(%rsp), %xmm1 # C._a, _97
    movsd   48(%rsp), %xmm3 # C._b, _99
    movaps  %xmm1, %xmm2    # _97, tmp155
    movaps  %xmm3, %xmm4    # _99, tmp156
    mulsd   %xmm1, %xmm2    # _97, tmp155
# functory.cpp:52:     double F4() { return _a + _b + _c; };
    addsd   %xmm3, %xmm1    # _99, tmp161
# functory.cpp:36:     double anotherFunc() { return _a * _a + _b * _b; };
    mulsd   %xmm3, %xmm4    # _99, tmp156
# functory.cpp:52:     double F4() { return _a + _b + _c; };
    addsd   56(%rsp), %xmm1 # C._c, tmp162
# functory.cpp:36:     double anotherFunc() { return _a * _a + _b * _b; };
    addsd   %xmm4, %xmm2    # tmp156, tmp157
# functory.cpp:50:     double F2() { return func() * func(); };
    movaps  %xmm0, %xmm4    # _63, tmp158
    mulsd   %xmm0, %xmm4    # _63, tmp158
# functory.cpp:106:         sum = C.F1() + C.F2() + C.F3() + C.F4();
    addsd   %xmm4, %xmm0    # tmp158, tmp159
    addsd   %xmm2, %xmm0    # tmp157, tmp160
    addsd   %xmm1, %xmm0    # tmp162, tmp160
    movsd   %xmm0, (%rsp)   # tmp160, %sfp

Все математические операции выполняются прямо по тексту, не смотря на адреса функций (они вызываются статически). И самое главное: оптимизатор миллион раз передумал всё вычислять (бессмысленно). Оставил только одну итерацию, без цикла.

Пугаться скорости не надо. Если надо, чтобы массив функций был динамическим, меняя адреса функций, то так и быть. Пользуйтесь вектором.

2
  • огромное спасибо! Наконец-то развернутый ответ. Я понял, что пример не показательный и может не отражать реальную проблему, но понять почему в данном случае компилятор ведет себя так - очень полезно. С первого взгляда - вроде делам одно и то же... Попытаюсь разобрать приведенный Вами код. Следующий вопрос - использование, например, std::deque в данном случае не поможет компилятору? Там же, в отличие от вектора, указатели не ломаются. Или я не до конца понял проблему? 19 окт 2020 в 10:10
  • но самое главное - я понял, что этот вариант жизнеспособный. А то я несколько раз натыкался на упоминание того, что std::function довольно "дорогИ" в плане производительности. И первая попытка замера меня, мягко говоря, смутила 19 окт 2020 в 11:00

Ваш ответ

By clicking “Отправить ответ”, you agree to our terms of service and acknowledge that you have read and understand our privacy policy and code of conduct.

Всё ещё ищете ответ? Посмотрите другие вопросы с метками или задайте свой вопрос.