C++ 函數參數傳遞方式對程式效能的影響

在 C 中，函数参数可以通过值传递（创建副本传递给函数）或引用传递（传递原始变量的地址）。值传递安全但开销大，适用于小型参数或需要保护原始变量的情况。引用传递速度快但灵活性低，适用于大型对象或需要修改原始变量的情况。实验表明，在处理大型数组时，引用传递比值传递显著提高性能。

C 函数参数传递方式对程序性能的影响

在 C 中，函数参数可以通过值传递或引用传递两种方式传递。针对不同的参数类型，选择合适的传递方式至关重要，因为它将显著影响程序的性能。

值传递

在值传递中，函数参数的副本传递给函数。更改该副本不会影响原始变量的值。虽然值传递提供了较高的安全性，但在传递大型对象时会产生开销，因为需要创建和复制参数。以下代码示例演示了值传递：

void foo(int num) {
  num++;  // 值传递副本，不会影响原始变量
}

int main() {
  int x = 5;
  foo(x);
  cout << x << endl; // 输出5，没有改变
}

引用传递

在引用传递中，函数参数的引用传递给函数。这意味着函数接收原始变量的地址。对引用进行的更改将直接影响原始变量的值。引用传递可消除值传递的开销，因为它不需要复制参数，但是它牺牲了灵活性，因为不允许修改引用指向的变量。以下代码示例演示了引用传递：

void foo(int& num) {
  num++;  // 引用传递引用，更改原始变量
}

int main() {
  int x = 5;
  foo(x);
  cout << x << endl; // 输出6，已改变
}

选择性传递方式

选择最佳的传递方式取决于具体情况：

• 值传递：当需要保护原始变量免受函数修改时，或者当参数是小型值时。
• 引用传递：当参数是大型对象或当函数需要修改原始变量时。

实战案例

在以下示例中，我们比较了将数组作为值传递和引用传递给函数的情况下的程序性能：

#include <chrono>
#include <vector>

int sum_array_by_value(const std::vector<int>& arr) {
  int sum = 0;
  for (int i : arr) {
    sum += i;
  }
  return sum;
}

int sum_array_by_reference(std::vector<int>& arr) {
  int sum = 0;
  for (int& i : arr) {
    sum += i;
  }
  return sum;
}

int main() {
  std::vector<int> arr(1000000);
  for (int i = 0; i < arr.size(); i++) arr[i] = i;

  auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  int sum1 = sum_array_by_value(arr);
  auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  int elapsed1 = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count();

  start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  int sum2 = sum_array_by_reference(arr);
  end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  int elapsed2 = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count();

  std::cout << "Sum by value: " << elapsed1 << " ms" << std::endl;
  std::cout << "Sum by reference: " << elapsed2 << " ms" << std::endl;

  return 0;
}

在执行此程序时，我们会观察到使用引用传递明显提高了性能，因为不需要复制大型数组。

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