C++ 联合的性能影响

Question

在 Agner Fog's "Optimizing software in C++" 中指出 union 强制将变量存储在内存中，即使在其他情况下它可能已存储在寄存器中，这可能有性能影响。（例如第 148 页）

我经常看到这样的代码：

struct Vector {
    union {
        struct {
            float x, y, z, w;
        };
        float v[4];
    }
};

这可能非常方便，但现在我想知道是否可能会影响性能。我写了一个小的基准来比较有和没有联合的 Vector 实现，在没有联合的 Vector 明显表现更好的情况下，尽管我不知道我的基准有多值得信赖。（我比较了三个实现：union; x, y, z, w; v[4]。例如，v[4] 在按值传递时似乎更慢，尽管结构都具有相同的大小。）

我现在的问题是，这是否是人们在编写实际生产代码时考虑的事情？您是否知道出于这个原因特别决定反对工会的案例？

Answer 1

目标似乎是为向量类型的元素提供友好的名称，union 并不是实现此目的的最佳方式。评论已经指出了未定义的行为，即使它有效，它也是一种限制优化机会的别名形式。

相反，避免整个混乱，只添加命名元素的访问器。

struct quaternion
{
    float vec[4];
    float &x() { return vec[0]; }
    float &y() { return vec[1]; }
    float &z() { return vec[2]; }
    float &w() { return vec[3]; }
    const float &x() const { return vec[0]; }
    const float &y() const { return vec[1]; }
    const float &z() const { return vec[2]; }
    const float &w() const { return vec[3]; }
}

事实上，就像 Eigen 对其四元数实现所做的一样： https://eigen.tuxfamily.org/dox/Quaternion_8h_source.html

Answer 2

My question now is, whether this is something that people consider when writing actual production code?

没有。这是过早的优化（union 构造本身也是）。一旦代码以某种程度上干净可靠的方式编写，就可以对其进行概要分析并解决真正的瓶颈。无需在 some union 以上推理 5 分钟来猜测它是否会影响未来某处的性能。它要么会，要么不会，只有分析才能知道。

C++ 联合的性能影响

Performance implications of C++ unions

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