关于指针与引用传递的效率问题

技术分享 3年前 (2023-09-01) 0 999+

引言

引用是C++的特性，指针是C语言的特性
关于这两种特性的运行效率，人云亦云，好多人都说引用传递效率更高
以至于一些面试官在自己都不清楚的前提下面试别人
笔者有幸遇到过，由于看过底层汇编，在面试官对我说引用效率更高的时候，导致我一度怀疑自己的记忆力
下面我们就看看引用在汇编层面与指针有什么区别吧

DEMO(main.cpp)

#include <iostream> #include <cstring> void t1(int &b) {     ++b;     return; }  void t2(int *c) {     ++*c;     return; }  int main() {     int a = 100;     t1(a);     t2(&a);     return 0; }

编译

g++ -g -o test ./main.cpp

反编译

objdump -S ./test > ./test.S

AT&T(test.S)

由于是c++代码，所以汇编文件比较大
为了方便阅读，此处仅摘抄重点部分

00000000000007aa <_Z2t1Ri>: #include <iostream> #include <cstring> void t1(int &b) {  7aa:	55                   	push   %rbp  7ab:	48 89 e5             	mov    %rsp,%rbp  7ae:	48 89 7d f8          	mov    %rdi,-0x8(%rbp)     ++b;  7b2:	48 8b 45 f8          	mov    -0x8(%rbp),%rax  7b6:	8b 00                	mov    (%rax),%eax  7b8:	8d 50 01             	lea    0x1(%rax),%edx  7bb:	48 8b 45 f8          	mov    -0x8(%rbp),%rax  7bf:	89 10                	mov    %edx,(%rax)     return;  7c1:	90                   	nop }  7c2:	5d                   	pop    %rbp  7c3:	c3                   	retq     00000000000007c4 <_Z2t2Pi>:  void t2(int *c) {  7c4:	55                   	push   %rbp  7c5:	48 89 e5             	mov    %rsp,%rbp  7c8:	48 89 7d f8          	mov    %rdi,-0x8(%rbp)     ++*c;  7cc:	48 8b 45 f8          	mov    -0x8(%rbp),%rax  7d0:	8b 00                	mov    (%rax),%eax  7d2:	8d 50 01             	lea    0x1(%rax),%edx  7d5:	48 8b 45 f8          	mov    -0x8(%rbp),%rax  7d9:	89 10                	mov    %edx,(%rax)     return;  7db:	90                   	nop }  7dc:	5d                   	pop    %rbp  7dd:	c3                   	retq     00000000000007de <main>: int main() {  7de:	55                   	push   %rbp  7df:	48 89 e5             	mov    %rsp,%rbp  7e2:	48 83 ec 10          	sub    $0x10,%rsp  7e6:	64 48 8b 04 25 28 00 	mov    %fs:0x28,%rax  7ed:	00 00   7ef:	48 89 45 f8          	mov    %rax,-0x8(%rbp)  7f3:	31 c0                	xor    %eax,%eax     int a = 100;  7f5:	c7 45 f4 64 00 00 00 	movl   $0x64,-0xc(%rbp)     t1(a);  7fc:	48 8d 45 f4          	lea    -0xc(%rbp),%rax  800:	48 89 c7             	mov    %rax,%rdi  803:	e8 a2 ff ff ff       	callq  7aa <_Z2t1Ri>     t2(&a);  808:	48 8d 45 f4          	lea    -0xc(%rbp),%rax  80c:	48 89 c7             	mov    %rax,%rdi  80f:	e8 b0 ff ff ff       	callq  7c4 <_Z2t2Pi>     return 0;  814:	b8 00 00 00 00       	mov    $0x0,%eax }  819:	48 8b 55 f8          	mov    -0x8(%rbp),%rdx  81d:	64 48 33 14 25 28 00 	xor    %fs:0x28,%rdx  824:	00 00   826:	74 05                	je     82d <main+0x4f>  828:	e8 43 fe ff ff       	callq  670 <__stack_chk_fail@plt>  82d:	c9                   	leaveq   82e:	c3                   	retq

初步结论

我们通过编译与反汇编可以看到
不论指针还是引用，所有汇编代码除了t1,t2地址的不同，可以说没有任何区别
故引用其实就是指针，不过是c++帮你解引用(加了*号)并进行了一定的语法限制
以上汇编中或许有一些我没注意到的细节，欢迎各位大佬在评论区指出

完善DEMO

#include <iostream> #include <cstring> void t1(int &b) {     ++b;     return; }  void t2(int *c) {     ++*c;     return; }  int main(int argc,char **argv) {     int a = 100;     long b = 10000000000;      bool ptr = false;     if(argc > 1 && strstr(argv[1],"p")) ptr = true;      if(!ptr) 	while(--b) t1(a);      else		while(--b) t2(&a);      return 0; }

比对运行效率

考虑到环境因素带来的不确定性，比如cpu降频，其它进程抢占cpu等
故我此处运行了多次，其中带有参数p的是使用的指针，不带有任何参数的是使用的引用

kbin@kbin-virtual-machine:~/test$ time ./test  	real	0m18.444s 	user	0m18.391s 	sys	0m0.036s kbin@kbin-virtual-machine:~/test$ time ./test p 	real	0m18.173s 	user	0m18.141s 	sys	0m0.016s kbin@kbin-virtual-machine:~/test$ time ./test  	real	0m18.424s 	user	0m18.418s 	sys	0m0.000s kbin@kbin-virtual-machine:~/test$ time ./test p 	real	0m18.261s 	user	0m18.156s 	sys	0m0.088s kbin@kbin-virtual-machine:~/test$ time ./test 	real	0m18.470s 	user	0m18.429s 	sys	0m0.028s kbin@kbin-virtual-machine:~/test$ time ./test p 	real	0m18.300s 	user	0m18.282s 	sys	0m0.008s kbin@kbin-virtual-machine:~/test$ time ./test 	real	0m18.434s 	user	0m18.402s 	sys	0m0.028s kbin@kbin-virtual-machine:~/test$ time ./test p 	real	0m18.283s 	user	0m18.259s 	sys	0m0.008s