C++ lambda 表达式与闭包的性能分析

lambda 表达式和闭包在 c++ 中会带来性能开销，原因如下：函数调用开销：lambda 表达式调用时，编译器必须生成函数调用，比直接调用命名的函数慢。捕获开销：如果 lambda 表达式捕获外部变量，则编译器必须创建和销毁闭包对象，产生内存和处理开销。

C++ lambda 表达式与闭包的性能分析

lambda 表达式和闭包

在 C++ 中，lambda 表达式是一种匿名函数，可以捕获来自包含范围的变量。它可以使用以下语法创建：

[capture list](parameters) -> return-type { function body }

当需要在函数或类外定义一个小型、一次性函数时，lambda 表达式非常有用。

闭包是将函数与其捕获的环境（变量）一起封装的结构。当闭包中的代码运行时，它可以访问这些捕获的变量，即使函数主体外部的范围不再存在。

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性能开销

使用 lambda 表达式和闭包会带来一定的性能开销：

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• 函数调用开销：lambda 表达式被调用时，编译器必须生成一个与函数指针相类似的函数调用。这比直接调用命名的函数要慢一些。
• 捕获开销：如果 lambda 表达式捕获了外部变量，则编译器必须在每次调用时创建和销毁一个闭包对象。这会产生一些内存开销和处理开销。

实战案例

我们可以使用基准测试来比较直接函数调用、lambda 表达式调用和闭包调用的性能。下面是 C++ 中的一个示例：

#include 

static void direct_function(int n) { }

static void lambda_expression(int n) {
  auto lambda = [](int n) { };
  lambda(n);
}

static void closure(int n) {
  int x = 0;
  auto lambda = [x](int n) { };
  lambda(n);
}

static void BM_direct_function(benchmark::State& state) {
  for (auto _ : state) {
    direct_function(state.range(0));
  }
}

static void BM_lambda_expression(benchmark::State& state) {
  for (auto _ : state) {
    lambda_expression(state.range(0));
  }
}

static void BM_closure(benchmark::State& state) {
  for (auto _ : state) {
    closure(state.range(0));
  }
}

BENCHMARK(BM_direct_function)->Arg(100)->Arg(1000)->Arg(10000);
BENCHMARK(BM_lambda_expression)->Arg(100)->Arg(1000)->Arg(10000);
BENCHMARK(BM_closure)->Arg(100)->Arg(1000)->Arg(10000);

运行基准测试会产生类似以下的结果：

正如预期的那样，使用 lambda 表达式和闭包会增加函数调用的开销，特别是当捕获外部变量时。直接函数调用在所有情况下都具有最小的开销。

结论

在需要临时使用的小型函数的情况下，lambda 表达式非常方便。然而，如果您需要重复调用捕获外部变量的函数，那么创建闭包的开销可能很明显。在这种情况下，考虑使用显式函数或类方法可能更有效。