用函数指针替换 if 语句有什么缺点？-解网

问：

我正在寻找优化我的更新循环，并绕过了这段代码：

// Define two lambda functions
auto iftrue = [](int x, int y) -> int {
    return x;
};

auto iffalse = [](int x, int y) -> int {
    return y;
};

// Define a pointer to a function that takes two integers and returns an integer
typedef int (*FunctionPointer)(int, int);

FunctionPointer ptr = nullptr;

void SetFalse()
{
    ptr = iffalse;
}
void SetTrue()
{
    ptr = iftrue;
}

int main() {
    int a = 5, b = 3;

    SetTrue();

    // Use the second lambda function
    int result = ptr(a, b);
    std::cout << "Result: " << result << std::endl;
    
    SetFalse();
    
    // Use the second lambda function
    result = ptr(a, b);
    std::cout << "Result: " << result << std::endl;

    return 0;
}

它击中了我，这难道不是总是比 if 语句运行得更好吗？

我检查了速度，嗯......https://onlinegdb.com/mCZc6Eb7Z

似乎功能更快。在可能的情况下，不应该将所有内容都更改为函数指针吗？

C++ if 语句优化函数指针

编译器太聪明了，它完全 godbolt.org/z/jT5KWTPoe 优化了函数调用。在大多数情况下，函数调用可能比函数调用的成本高得多，当分支预测器失败并且管道被刷新时，确实会产生性能损失，但调用函数涉及更多，它必须将参数和寄存器推送到堆栈上ifif

2赞 273K 9/10/2023

使用 quick-bench.com 来找出答案。

1赞 Jérôme Richard 9/10/2023

条件往往比依赖于数据的函数调用更容易预测。现代处理器具有条件的分支预测器，如果正确预测，条件是便宜的。如果处理器不知道，它会使用静态预测，有 50% 的机会快速，没有过去的信息。函数调用总是很慢，尤其是第一次调用，因为难以预测的跳转（这往往会导致大的管道停顿）。简而言之：保持条件。这在大多数平台上更简单、更易于阅读，当然也更快，尤其是未来的平台。

答：

1赞 Ben A. 9/10/2023 #1

简短的回答是，在处理代码时，编译器会尝试预测语句的结果以进行优化。但是，如果预测不正确，则成本可能会更高。if

对于函数指针，您可以删除执行路径的条件部分，因此不会发生上述情况，并且在某些情况下，代码会运行得更快。话虽如此，这里的这种速度优势发生在少数情况下。

因此，最终，您的问题的答案是分支预测。

函数指针可以更快是否合理

让我们比较一下三种实现：

int choose_if(bool c, int x, int y) {
    if (c) return x; // most naive version using if statements
    else   return y;
}

int choose_ptr(bool c, int x, int y) {
    static constexpr int(*selectors[2])(int, int) = { // table of two function pointers
        [](int a, int b) { return a; },
        [](int a, int b) { return b; }
    };
    return selectors[c](x, y); // choose a function pointer and call it; no branches
}

int (*selector)(int, int);

int choose_ptr(int x, int y) {
    return selector(x, y); // let's assume that we've made the previous decision
                           // in advance, and just have to call the pointer
}

这为我们提供了以下输出（https://godbolt.org/z/bd1ceb9s8）：

choose_if(bool, int, int):                        # @choose_if(bool, int, int)
        mov     eax, esi
        test    edi, edi
        cmove   eax, edx
        ret
choose_ptr(bool, int, int):                      # @choose_ptr(bool, int, int)
        mov     eax, edi
        lea     rcx, [rip + choose_ptr(bool, int, int)::selectors]
        mov     edi, esi
        mov     esi, edx
        jmp     qword ptr [rcx + 8*rax]         # TAILCALL
choose_ptr(int, int):                       # @choose_ptr(int, int)
        mov     rax, qword ptr [rip + selector]
        jmp     rax                             # TAILCALL

choose_if是最幼稚的，也是最朴素的。只有两个周期的延迟。需要更多的工作：它访问内存并进行间接调用，这两者都可能很昂贵。它没有优化到上面的简单版本，即使这在技术上是可行的。只是一个间接（尾部）调用。cmovechoose_ptrcmovechoose_ptr

在某些体系结构上，调用函数指针可以击败 if 语句，这在原则上是合理的，尤其是在没有分支预测形式的非常简单的 CPU 上。但是，由于函数指针的优化不佳，并且由于等无分支指令，这在x86_64上极不可能。cmov

还要记住，访问内存比使用寄存器更潜在、更昂贵，并且函数指针的大多数使用都会迫使您访问内存。

基准

这个极其幼稚的基准显然不能代表 if 语句与函数指针的整体关系，但证实了这三个函数的性能与直觉相符。

如果等待输入在两个函数指针之间进行选择，则实质上是 .如果您决定只选择一次哪个函数指针，则它是 .无论如何，对此进行基准测试有点困难，因为它不是对数字运算进行基准测试，而是控制流，而控制流基准只有在更大的程序上下文中才有意义。boolChoosePtrChoosePtrPrecomputed

0赞 Jan Schultke 9/10/2023

此外，如果循环中涉及任何形式的用户输入，那么这将超过使用 if 语句或函数指针可能产生的任何成本。在这种情况下，你只需编写最简单的语句，即 if 语句。

0赞 Alan Birtles 9/10/2023

@ingotangjingle，如果你几乎总是在 if 语句中使用相同的分支，这是分支预测器的理想情况，那么只有当分支预测器失败时，分支才会昂贵

上一个：检查字符串中的字符是否为空格不起作用

下一个：两个指针错误：每当我使用 while（left<=right）时，它都会出现错误，但是当我删除等号时，它可以正常工作

用函数指针替换 if 语句有什么缺点？

What is the downside of replacing if statements with function pointers?

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函数指针可以更快是否合理

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