Влияют ли указатели на производительность?

#c #указатели #производительность

Появился вопрос связанный с этим кодом, а конкретнее с функцией square. Когда у функции
скорость выполнения будет больше, с использованием указателей или без них? Я где-то
слышал или читал, что с указателями будет бытрее, потому что при их использовании не
создается дополнительная переменная, это так?

#include 

float square(float *number);

int main() {
    float number = 4.0;
    float second_number = square(&number);

    printf("Number two = %f\n", second_number);
    printf("Number = %f\n", number);

    getchar();
    return 0;
}

float square(float *number) {
    return *number * *number; 
}

    

Ответы

Ответ 1

Давайте для начала отставим cargo cult. Быстрее не потому, что «с указателями», быстрее
потому, что эффективнее. Для того, чтобы понять, как будет эффективнее, вы должны понимать,
что именно происходит и где именно теряется скорость. Без этого ваш вопрос похож на
«будет ли еда вкуснее, если досыпать сахара?»

В вашем случае при компиляции в release mode функция будет вшита в точку вызова и
различий вовсе не будет. Компиляторы, поверьте, умеют оптимизировать гораздо лучше вас.

Вы допускаете типичную ошибку новичка: пытаетесь оптимизировать (а) не разобравшись
в том, как оно работает и почему, (б) в ущерб смыслу программы, (в) без предварительного
профилирования. Не делайте так.



Для вашего случая разница могла бы быть с плохим компилятором, который не умеет оптимизировать.
Для этого случая у вас есть передача 32 бит float против передачи 32 или 64 бит указателя,
плюс затраты на косвенный доступ. Прикидывайте сами.

Но таких плохих компиляторов уже нет. Кроме того, разницу в несколько наносекунд
вы вряд ли заметите, расходы на старт программы или ввод/вывод (и случайные флуктуации
внутри них) на порядки больше. А уж коммуникация с пользователем замедляет всё ещё
на несколько порядков.


Ответ 2

В данном случае никакой разницы не будет. Если только не попытаетесь пойти дальше
и начать хитрить с компилятором, делая как бы оптимизацию. 

Современные компиляторы умеют хорошо оптимизировать, не делайте за них их работу.
В данном случае, скорее всего, компилятор заинлайнит функцию (подставит по месту вызова)
и будет побоку, указатель там или нет.

Главное правило - не пытайтесь перехитрить компилятор, особенно, если у Вас нет профайлера.


Ответ 3

Указатели (и в целом indirection - массивы, виртуальные функции и т. п.) плохо влияют
на производительность по двум причинам:


Дополнительные накладные расходы: чем больше вычислений нужно сделать, чтобы добраться
до нужной переменной, тем больше времени уйдет на выполнение всей программы, особенно
если к переменной обращаются внутри цикла. Это основная причина, по которой скриптовые
языки вроде PHP, Python и Ruby такие медленные - там невозможно убрать лишнюю индерекцию
внутри критического цикла, не переписав что-то на C
Увеличение числа cache misses - современные процессоры полагаются на иерархическую
память, каждый уровень которой больше и медлительнее (В Windows и Linux на процессорах
Intel примерная схема: регистры -> кэш 1 уровня -> кэш 2 уровня -> кэш 3 уровня ->
оперативная память -> swap, но все что ниже оперативы в общем зависит от ОС, например
OS X добавляет между ней и свапом сжатую память). Время, нужное на "всплытие" переменной
по иерархии - главный источник простаивания процессора и главный бич производительности
после неоптимальных алгоритмов.


Поэтому лишние указатели - зло. В данном случае вы передаете в функцию 8-байтовый
указатель вместо 4-байтового float-а, что ничем не оправдано. Не цитируйте меня, но
ЕМНИП в современных системах стоит передавать переменные по значению, только когда
их размер не больше 32 байт.

Еще одна менее очевидная проблема с передачей параметров по указателю - вызывающий
код не может гарантировать, что функция не перезапишет данные в соответствующих переменных.
Иногда это желаемое поведение (например, в scanf), но чаще это только плодит ошибки
и создает проблемы оптимизатору в компиляторе.

В каком случае использование указателей оправдано? Когда иначе вы бы копировали слишком
много данных или не могли использовать хороший алгоритм. Это довольно размытое правило,
потому что это довольно сложная тема. В конце концов вопросы производительности решают,
сравнивая варианты реализации на практике.


Ответ 4

Я где-то слышал или читал, что с указателями будет быстрее, потому что при их использовании
не создается дополнительная переменная, это так?


Коротко – да, но не в данном случае. В вашей функции вы передаете указатель на float.
Размер float 4 байта, размер указателя минимум 4 байта, так что разницы в принципе
никакой. Указатели передают как аргумент функции, если нужно оперировать именно с указанным
участком памяти, или если размер аргумента очень велик (очень утрировано и примитивно
на самом деле, но суть должна быть ясна).


Ответ 5

Вообще вопрос не о том :)


Указатели нужны там, где они действительно нужны.
О производительности на вашем уровне говорить пока очень рано. Не разобравшись как
следует с самим языком, с алгоритмической базой,  эффективными структурами данных,
и прочим, и нечего думать в этом направлении.
А, нужно ещё освоить дебагер и профайлер, да :) Вот тогда и можно будет вернуться
к вопросу.


Ответ 6

Да это так, но лучше не использовать указатели где попало, а только в крайних случаях.
Ошибки с указателями очень тяжело отслеживаются, и для работы с указателями требуются
определенные навыки.
В книге "Совершенный код (2 издание)" рекомендуют использовать поменьше указателей
если нет в них острой необходимости