C++模板：模板实例是内联的吗？性能有缺点吗？

Question

当某些C++实体（如结构，类或函数）被声明为模板时，为所述实体提供的定义仅为必须实例化的蓝色打印。

由于模板实体必须在声明时定义（通常是头文件），所以我有这个概念，我试图说服自己是错的，当模板实例化后，它会由编译器内联。我想问问这是否是这样？

此question的答案引起了我的怀疑，当我读到的段落：

“模板可导致慢编译时间和可能更大 可执行文件，尤其是年纪较大的编译器。”

由于模板必须实例化，但为什么“可能更大的可执行文件”更慢，编译时间更慢？这应该以什么方式解释？我应该把它解释为'许多函数是内联的'，或者'如果有很多模板实例化，可执行文件的大小就会增加，这就是同一个模板被很多不同的类型实例化，这会导致同一个实体的多个副本出现' ？

在后一种情况下，较大的可执行文件大小是否会导致软件运行速度较慢，因为需要将更多代码加载到内存中，这会导致代价很高的分页？

此外，由于这些问题也有些依赖于编译器，所以我对Visual C++编译器感兴趣。关于大多数编译器所做的一般性回答也提供了良好的洞察力。

预先感谢您。

Answer 1

由于，当它被宣布为模板实体必须定义的事实（这通常是头文件）

事实并非如此。您可以分别声明和定义模板类，方法和函数，就像您可以使用其他类，方法和函数一样。

我有一个概念，我试图说服自己是错的，当模板被实例化后，它会被编译器内联。我想问问这是否是这样？

其中一些可能是或全部或不是全部。编译器会做它认为最好的。

由于模板必须实例化，为什么“可能更大的可执行文件”更慢，编译时间更慢？这应该以什么方式解释？

它可以用多种方式解释。以同样的方式，一瓶阿斯匹林含有警告“可能会导致<插入副作用在这里>”。

我应该解释为“很多内联函数”或“可执行文件的大小增加时，如果有许多模板实例，即同一模板实例有很多不同的类型，这将导致的多个副本相同的实体在那里'？

您将不会有同一个实体的多个副本 - 编译器套件有责任看到这一点。即使方法是内联，该方法的实际地址：

1. 始终存在，并
2. 时由多个编译单元中引用相同的地址。

您可能发现的是，您开始创建比预期更多的类型。例如std::vector<int>是与std::vector<double>完全不同的类型。 foo<X>()是与foo<Y>()不同的功能。程序中的类型和函数定义的数量可以快速增长。

在后一种情况下，较大的可执行文件大小是否会导致软件运行速度较慢，因为必须将更多的代码加载到内存中才能导致代价较高的分页？

过度的寻呼，可能不是。过度的缓存未命中，很可能。通常情况下，优化较小的代码是实现良好性能的一个很好的策略（在某些情况下，例如，当数据很少被访问，并且全部在高速缓存中时）。

Answer 2

它们是否内联总是由编译器决定。非内联模板实例化为所有类似实例共享。

所以很多翻译单元都希望做一个Foo<int>将共享Foo实例化。显然，如果Foo<int>是一个函数，并且编译器决定在每种情况下内联它，那么代码将重复。但是内联的选择是因为这样做的优化看起来很可能优于函数调用。

从技术上讲，可能是是模板导致执行速度较慢的一种情况。我使用的软件具有超紧密的内部循环，因此我们进行了大量的性能测量。我们使用了许多模板函数和类，与手动编写代码相比，它还没有显示出降级。

我不能肯定，但我认为你必须有在模板的情况： - 产生的非联的代码 - 这样做的多个实例 - 本来是一个手写功能 - 手写函数不会导致运行时间受到一个函数的惩罚（即：没有隐式转换涉及运行时检查）

然后有可能您有一种情况，即单手写函数适合CPU的指令缓存但多个模板实例化没有。