c++ 关于返回对象的运算符重载的效率

wtlkbnrh 于 2023-04-13 发布在其他

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我正在尝试编写一个C++类，用于以特定的方式管理数据。更具体：模拟数学矩阵行为，如矩阵乘法和尽可能少的开销。直观上，我想使用重载运算符以获得更好的可读性，但我总是想知道返回结果矩阵的额外分配。特别是当你考虑一个非常大的矩阵时。
到目前为止，我已经设置好了所有的东西，通过提供维度坐标来分配和正确访问存储的数据。对象被堆分配为指针，以完成一些转换矩阵的花哨工作。到目前为止，添加看起来像这样：

Matrix* Add(Matrix* A, Matrix* B, Matrix* result)
{
[...]  //Math here

return result;
}

所以在计算的时候，结果是直接写入result对象的，因为它是通过Pointer访问的。
但是当使用运算符重载时，我的困惑开始增加。我会实现这样的东西（简化，最小的问题）：

Matrix* operator+(Matrix& other)
{
Matrix* result = new Matrix;
[...] //Math here
return result;
}

想象一下我们生活在一个完美的世界里，泄漏问题被神奇地解决了，但仍然有一个问题，那就是我没有看到一种方法可以在内部为结果分配内存。如果我已经预先分配了对象，或者我从以前的计算中回收了一个对象，那么分配结果内存不是浪费了计算能力吗？有没有更有效的方法可以解决这个问题，或者可能是以某种我不知道的方式进行了内部优化？

c++

来源：https://stackoverflow.com/questions/75980539/efficiency-of-operator-overloading-regarding-returned-object

2条答案

按热度按时间

mwyxok5s1#

在很大程度上，你担心的问题已经解决了。考虑这个虚拟矩阵和调用operator+的例子：

#include <iostream>

struct matrix {
    matrix() = default;
    matrix(const matrix&) { std::cout << "copy!!!\n";}
    matrix operator+(matrix& other) {
        matrix result;
        return result;
    }
};

int main() {
    std::cout << "how many copies?\n";        
    matrix a,b;
    matrix c = a + b;       
};

我省略了实际的矩阵元素和加法，所以我们可以专注于return result;。你担心的是复制。由于复制省略，output of the code是：

how many copies?

复制省略经历了一些实质性的变化（在某些情况下从非强制性变为强制性），有关详细信息，请参阅What are copy elision and return value optimization?和https://en.cppreference.com/w/cpp/language/copy_elision。
但是，要在更复杂的表达式（如matrix a = (a + b) * c + (d + e) * f;）中获得良好的效率，您应该考虑使用表达式模板（例如https://en.wikipedia.org/wiki/Expression_templates）。这是一种推迟实际计算直到实际需要结果的技术（例如，在示例中，a+b的结果在数学上不需要临时的，但是通过C++，尽管C++允许从operator+返回任意自定义类型，不需要容易地计算矩阵）。

赞(0）回复(0）举报 2023-04-13

krugob8w2#

你可以使用shared_ptr来代替原始指针，最大的好处是它实现了你正在寻找的魔法，以避免泄漏。
也就是说，你最好管理一个Matrix对象，它将内存管理推迟到它的内部。最大的好处是你可以处理不同类型的矩阵（例如稀疏矩阵，正常矩阵等）。另一个好处是你让编译器使用移动语义和其他东西来管理优化，这不像指针那样简单。

赞(0）回复(0）举报 2023-04-13

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