Скорость выполнения ссылок по сравнению с указателями

Question

Недавно я прочитал дискуссию о том, являются ли управляемые языки медленнее (или быстрее), чем родные языки (в частности, C # против C ++).Один человек, участвовавший в обсуждении, сказал, что JIT-компиляторы управляемых языков смогут выполнять оптимизацию в отношении ссылок, которая просто невозможна в языках, использующих указатели.

Что я хотел бы знать, так это какие оптимизации возможны для ссылок, а не для указателей?

Обратите внимание, что обсуждение касалось скорости выполнения, а не использования памяти.

Answer 1

Есть некоторые преимущества JIT-компиляция упоминается в Википедии:

JIT-код обычно обеспечивает гораздо лучшую производительность, чем интерпретаторы.Кроме того, в некоторых или многих случаях это может обеспечить лучшую производительность, чем статическая компиляция, поскольку многие оптимизации возможны только во время выполнения:

1. Компиляция может быть оптимизирована в соответствии с целевым процессором и моделью операционной системы, в которой выполняется приложение.Например, JIT может выбрать инструкции процессора SSE2, когда обнаружит, что процессор их поддерживает.С помощью статического компилятора необходимо написать две версии кода, возможно, используя встроенную сборку.
2. Система способна собирать статистику о том, как программа на самом деле выполняется в среде, в которой она находится, и она может изменять порядок действий и перекомпилировать для достижения оптимальной производительности.Однако некоторые статические компиляторы также могут принимать информацию профиля в качестве входных данных.
3. Система может выполнять глобальную оптимизацию кода (например,встраивание библиотечных функций) без потери преимуществ динамического связывания и без накладных расходов, присущих статическим компиляторам и компоновщикам.В частности, при выполнении глобальных встроенных замен статический компилятор должен вставлять проверки во время выполнения и гарантировать, что виртуальный вызов произойдет, если фактический класс объекта переопределит встроенный метод.
4. Хотя это возможно со статически скомпилированными языками сбора мусора, система байт-кода может более легко перераспределять память для лучшего использования кэша.

Я не могу придумать что-то, связанное непосредственно с использованием ссылок вместо указателей.

Answer 2

В C ++ есть два преимущества ссылок, связанных с аспектами оптимизации:

1. Ссылка является постоянной (ссылается на одну и ту же переменную в течение всего ее срока службы).

   Из-за этого компилятору легче определить, какие имена относятся к одним и тем же базовым переменным, что создает возможности для оптимизации.Нет никакой гарантии, что компилятор будет лучше работать со ссылками, но это возможно...

2. Предполагается, что ссылка ссылается на что-то (нулевой ссылки нет)

   Ссылка, которая "ни на что не ссылается" (эквивалентна нулевому указателю), может быть создана, но это не так просто, как создать нулевой указатель.Из-за этого проверка ссылки на NULL может быть опущена.

Однако ни одно из этих преимуществ не распространяется непосредственно на управляемые языки, поэтому я не вижу значимости этого в контексте вашей темы обсуждения.

Answer 3

В общем, ссылки позволяют ссылаться на один и тот же объект из разных мест.

"Указатель" - это имя механизма для реализации ссылок.C ++, Pascal, C...имея указатели, C ++ предлагает другой механизм (с несколько иными вариантами использования), называемый 'Reference' , но по сути все это реализации общей концепции ссылок.

Таким образом, нет причин, по которым ссылки по определению быстрее / медленнее указателей.

Реальная разница заключается в использовании JIT или классического компилятора "up front":JIT может учитывать данные, которые недоступны для исходного компилятора.Это не имеет никакого отношения к реализации концепции "ссылка".

Answer 4

Другие ответы верны.

Я бы только добавил, что любая оптимизация не будет иметь большого значения, если только она не выполняется в коде, где программный счетчик фактически тратит много времени, например, в узких циклах, которые не содержат вызовов функций (таких как сравнение строк).

Answer 5

Ссылка на объект в управляемой платформе сильно отличается от переданной ссылки в C ++.Чтобы понять, что делает их особенными, представьте, как следующий сценарий был бы обработан на машинном уровне без ссылок на объекты, собираемые мусором:Метод "Foo" возвращает строку, которая хранится в различных коллекциях и передается в разные фрагменты кода.Как только строка больше не понадобится, должна появиться возможность освободить всю память, использованную для ее хранения, но неясно, какой фрагмент кода будет использовать строку последним.

В системе, отличной от GC, каждая коллекция либо должна иметь свою собственную копию строки, либо должна содержать что-то, содержащее указатель на общий объект, который содержит символы в строке.В последней ситуации общий объект должен каким-то образом знать, когда последний указатель на него будет удален.Существует множество способов справиться с этим, но существенным общим аспектом всех из них является то, что общие объекты должны получать уведомления, когда указатели на них копируются или уничтожаются.Такое уведомление требует работы.

В отличие от этого, в системе GC программы украшены метаданными, указывающими, какие регистры или части фрейма стека будут использоваться в любой момент времени для хранения ссылок на корневые объекты.Когда происходит цикл сборки мусора, сборщик мусора должен будет проанализировать эти данные, идентифицировать и сохранить все живые объекты и уничтожить все остальное.Однако в любое другое время процессор может копировать, заменять, перемешивать или уничтожать ссылки в любом шаблоне или последовательности, которые ему нравятся, без необходимости уведомлять какой-либо из задействованных объектов.Обратите внимание, что при использовании уведомлений об использовании указателей в многопроцессорной системе, если разные потоки могут копировать или уничтожать ссылки на один и тот же объект, потребуется код синхронизации, чтобы сделать необходимое уведомление потокобезопасным.Напротив, в системе GC каждый процессор может изменять ссылочные переменные в любое время без необходимости синхронизировать свои действия с каким-либо другим процессором.