C++模板：模板實例是內聯的嗎？性能有缺點嗎？

Question

當某些C++實體（如結構，類或函數）被聲明爲模板時，爲所述實體提供的定義僅爲必須實例化的藍色打印。

由於模板實體必須在聲明時定義（通常是頭文件），所以我有這個概念，我試圖說服自己是錯的，當模板實例化後，它會由編譯器內聯。我想問問這是否是這樣？

此question的答案引起了我的懷疑，當我讀到的段落：

「模板可導致慢編譯時間和可能更大 可執行文件，尤其是年紀較大的編譯器。」

由於模板必須實例化，但爲什麼「可能更大的可執行文件」更慢，編譯時間更慢？這應該以什麼方式解釋？我應該把它解釋爲'許多函數是內聯的'，或者'如果有很多模板實例化，可執行文件的大小就會增加，這就是同一個模板被很多不同的類型實例化，這會導致同一個實體的多個副本出現' ？

在後一種情況下，較大的可執行文件大小是否會導致軟件運行速度較慢，因爲需要將更多代碼加載到內存中，這會導致代價很高的分頁？

此外，由於這些問題也有些依賴於編譯器，所以我對Visual C++編譯器感興趣。關於大多數編譯器所做的一般性回答也提供了良好的洞察力。

預先感謝您。

Answer 1

由於，當它被宣佈爲模板實體必須定義的事實（這通常是頭文件）

事實並非如此。您可以分別聲明和定義模板類，方法和函數，就像您可以使用其他類，方法和函數一樣。

我有一個概念，我試圖說服自己是錯的，當模板被實例化後，它會被編譯器內聯。我想問問這是否是這樣？

其中一些可能是或全部或不是全部。編譯器會做它認爲最好的。

由於模板必須實例化，爲什麼「可能更大的可執行文件」更慢，編譯時間更慢？這應該以什麼方式解釋？

它可以用多種方式解釋。以同樣的方式，一瓶阿斯匹林含有警告「可能會導致<插入副作用在這裏>」。

我應該解釋爲「很多內聯函數」或「可執行文件的大小增加時，如果有許多模板實例，即同一模板實例有很多不同的類型，這將導致的多個副本相同的實體在那裏'？

您將不會有同一個實體的多個副本 - 編譯器套件有責任看到這一點。即使方法是內聯，該方法的實際地址：

1. 始終存在，並
2. 時由多個編譯單元中引用相同的地址。

您可能發現的是，您開始創建比預期更多的類型。例如std::vector<int>是與std::vector<double>完全不同的類型。 foo<X>()是與foo<Y>()不同的功能。程序中的類型和函數定義的數量可以快速增長。

在後一種情況下，較大的可執行文件大小是否會導致軟件運行速度較慢，因爲必須將更多的代碼加載到內存中才能導致代價較高的分頁？

過度的尋呼，可能不是。過度的緩存未命中，很可能。通常情況下，優化較小的代碼是實現良好性能的一個很好的策略（在某些情況下，例如，當數據很少被訪問，並且全部在高速緩存中時）。

Answer 2

它們是否內聯總是由編譯器決定。非內聯模板實例化爲所有類似實例共享。

所以很多翻譯單元都希望做一個Foo<int>將共享Foo實例化。顯然，如果Foo<int>是一個函數，並且編譯器決定在每種情況下內聯它，那麼代碼將重複。但是內聯的選擇是因爲這樣做的優化看起來很可能優於函數調用。

從技術上講，可能是是模板導致執行速度較慢的一種情況。我使用的軟件具有超緊密的內部循環，因此我們進行了大量的性能測量。我們使用了許多模板函數和類，與手動編寫代碼相比，它還沒有顯示出降級。

我不能肯定，但我認爲你必須有在模板的情況： - 產生的非聯的代碼 - 這樣做的多個實例 - 本來是一個手寫功能 - 手寫函數不會導致運行時間受到一個函數的懲罰（即：沒有隱式轉換涉及運行時檢查）

然後有可能您有一種情況，即單手寫函數適合CPU的指令緩存但多個模板實例化沒有。