c++ - 为啥unique_ptr的移动比shared_ptr赋值要慢？

Question

为啥unique_ptr的移动比shared_ptr赋值要慢？
在Modern Effective C++中，提倡使用unique_ptr代替裸指针，因为unique_ptr的大小和性能与裸指针基本一致但更安全，而shared_ptr由于由原子变量的存在性能更差，但是同步赋值试下来，unique_ptr的移动很慢。

#include <memory>#include <chrono>#include <utility>#include <iostream>int main(){    #define COUNT 100000000    using MyType = int;    decltype(auto) u = std::make_unique<MyType>();    decltype(auto) s = std::make_shared<MyType>();    decltype(auto) r = new MyType;    decltype(auto) u1 = std::move(u);    decltype(auto) s1 = s;    decltype(auto) r1 = r;    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();    auto finish = std::chrono::high_resolution_clock::now();    std::chrono::duration<double> elapsed = finish - start;    start = std::chrono::high_resolution_clock::now();    for (int i = 0; i < COUNT; ++i)  r = r1;    finish = std::chrono::high_resolution_clock::now();    elapsed = finish - start;    std::cout << "ptr: " << elapsed.count() << "s\n";    start = std::chrono::high_resolution_clock::now();    for (int i = 0; i < COUNT; ++i) u = std::move(u1);    finish = std::chrono::high_resolution_clock::now();    elapsed = finish - start;    std::cout << "unique_ptr: " << elapsed.count() << "s\n";    start = std::chrono::high_resolution_clock::now();    for (int i = 0; i < COUNT; ++i) s = s1;    finish = std::chrono::high_resolution_clock::now();    elapsed = finish - start;    std::cout << "shared_ptr: " << elapsed.count() << "s\n";    }

运行结果：

Answer 1

-O0 肯定是不行的，C++ 比速度一定要开优化。

不开优化的话，这里的 std::move 怎么说也是一个函数调用。多了一个函数调用就没法比了。

.L51:        mov     rax, QWORD PTR [rbp-48]        mov     rdi, rax        call    std::remove_reference<std::unique_ptr<int, std::default_delete<int> >&>::type&& std::move<std::unique_ptr<int, std::default_delete<int> >&>(std::unique_ptr<int, std::default_delete<int> >&)        mov     rdx, rax        lea     rax, [rbp-120]        mov     rsi, rdx        mov     rdi, rax        call    std::unique_ptr<int, std::default_delete<int> >::operator=(std::unique_ptr<int, std::default_delete<int> >&&)        add     DWORD PTR [rbp-24], 1.L50:        cmp     DWORD PTR [rbp-24], 999999        jle     .L51

另外，你这个 unique_ptr 的测试里还多了一个 delete ，因为在第二轮循环 u1 为 nullptr ，u 就被 delete 掉了。

Answer 2

在C++中，unique_ptr和shared_ptr是两种常用的智能指针类型，它们在内存管理方面的工作方式有所不同，这导致了它们在性能上的差异。

unique_ptr代表独占所有权的智能指针。当一个unique_ptr对象被移动时，所有权会发生转移，原始unique_ptr将变为空。这个所有权转移是通过std::move来完成的，它实际上是一个非常轻量级的操作，只涉及到设置一个内部指针。因此，unique_ptr的移动速度是非常快的。

相比之下，shared_ptr则代表共享所有权的智能指针。当一个shared_ptr对象被赋值时，它会增加引用计数。如果这个引用计数增加了，那么就会为共享的原始对象分配更多的内存来存储这个计数。由于涉及到内存分配和原子操作，因此shared_ptr的赋值操作比unique_ptr的移动操作要慢得多。

在你的代码中，你测试了三种类型的指针：裸指针、unique_ptr和shared_ptr。对于裸指针，你只是进行了赋值操作，而没有涉及到内存分配或释放。因此，这个操作是最快的。对于unique_ptr，你使用了移动语义来进行赋值，这是一个非常快速的操作。而对于shared_ptr，你进行了赋值操作，这涉及到了引用计数的增加，因此速度较慢。

总的来说，由于unique_ptr和shared_ptr在实现上存在本质的不同，导致了它们在性能上的差异。在实际编程中，我们应根据具体需求选择使用哪种类型的智能指针。如果只需要独占所有权，那么使用unique_ptr是更好的选择；如果需要共享所有权，那么可以使用shared_ptr。