C++ 如何优化匿名函数和函数对象的性能

优化匿名函数和函数对象的性能技巧：避免捕获不必要的变量内联短小的 lambda 表达式优先使用函数对象

C++ 优化匿名函数和函数对象的性能

匿名函数和函数对象是 C++ 中强大的工具，但如果不加以优化，它们会成为性能瓶颈。本文将探讨优化这些结构的技巧，并提供实战案例来展示它们的有效性。

避免捕获不必要的变量

匿名函数和函数对象经常通过 lambda 表达式创建，它会自动捕获周围作用域中的变量。然而，捕获不必要的变量会增加内存开销和执行时间。例如：

std::vector<int> v;
int sum = 0;
std::for_each(v.begin(), v.end(), [&](int i) { sum += i; });

在此示例中，lambda 捕获了 sum 变量，即使它根本没有使用。可以通过明确指定要捕获的变量来避免这种情况：

std::for_each(v.begin(), v.end(), [&](int i) { sum += i; }, [d] {});

内联短小的 lambda 表达式

小型的 lambda 表达式可以内联，从而消除函数调用开销。对于简单而短小的 lambda 表达式，编译器通常会自动内联。例如：

std::vector<int> v;
std::transform(v.begin(), v.end(), std::back_inserter(v), [](int i) { return i * 2; });

通过内联，lambda 表达式直接扩展为其函数体：

std::transform(v.begin(), v.end(), std::back_inserter(v), [](int i) { return i * 2; });

优先使用函数对象

函数对象是可调用的对象，它们存储内部状态，并可以重复使用而不进行重新创建。与 lambda 表达式相比，函数对象通常具有更好的性能，因为它们避免了lambda 的每一次调用开销。

一个例子是 std::function：

std::function<int(int)> fn = [](int i) { return i * 2; };
for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
  fn(i);
}

在这里，fn 是一个可调用的 std::function，它保存了一个lambda 表达式。通过使用 std::function，我们避免了为每次调用创建新 lambda 的开销。

实战案例：图像处理

让我们考虑一个使用匿名函数和函数对象的图像处理场景。我们将创建一个函数来模糊图像的每个像素：

template <typename T>
void BlurImage(std::vector<std::vector<T>>& image, double factor) {
  std::for_each(image.begin(), image.end(), [&](std::vector<T>& row) {
    std::for_each(row.begin(), row.end(), [&](T& pixel) { pixel += factor; });
  });
}

这个函数使用一个 lambda 表达式来模糊图像中的每个像素。通过使用以下优化，我们可以提高性能：

• 避免捕获不必要的变量：lambda 不再捕获 factor，因为它不是局部变量。
• 内联 lambda 表达式：lambda 足够小，可以内联。
• 使用函数对象：创建一个函数对象来提高重复使用的性能。

优化后的代码如下：

template <typename T>
void BlurImage(std::vector<std::vector<T>>& image, double factor) {
  std::for_each(image.begin(), image.end(), [&](std::vector<T>& row) {
    auto blur = [&](T& pixel) { pixel += factor; };
    std::for_each(row.begin(), row.end(), blur);
  });
}

这些优化显着提高了模糊图像的性能，使应用程序更有效率。