面试题：C++中函数按引用传递在处理大对象时性能优势体现在哪

Question

在C++中，假设有一个包含大量成员变量的自定义结构体 `LargeStruct`，设计一个函数 `processLargeStruct`，分别使用值传递和引用传递该结构体作为参数，并分析在多次调用该函数时，按引用传递相比值传递在性能上的优势具体表现在哪些方面。

Answer 1

值传递实现

#include <iostream>
#include <vector>

struct LargeStruct {
    std::vector<int> data;
    // 假设还有很多其他成员变量
    LargeStruct() {
        for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
            data.push_back(i);
        }
    }
};

void processLargeStruct(LargeStruct largeStruct) {
    // 这里对largeStruct进行一些处理，比如计算data的总和
    int sum = 0;
    for (int num : largeStruct.data) {
        sum += num;
    }
    std::cout << "Sum: " << sum << std::endl;
}

引用传递实现

void processLargeStruct(LargeStruct& largeStruct) {
    // 这里对largeStruct进行一些处理，比如计算data的总和
    int sum = 0;
    for (int num : largeStruct.data) {
        sum += num;
    }
    std::cout << "Sum: " << sum << std::endl;
}

性能优势分析

1. 减少内存开销：
   • 值传递：每次调用 processLargeStruct 函数时，都会创建 LargeStruct 结构体的一个副本。由于 LargeStruct 包含大量成员变量（这里以 std::vector<int> 为例，假设数据量很大），创建副本会消耗大量的内存。例如，如果 LargeStruct 占用100KB内存，每次函数调用时值传递都要额外分配100KB内存来存储副本。
   • 引用传递：引用传递只是传递了结构体的地址，无论 LargeStruct 结构体多大，传递的地址占用空间通常是固定的（例如在64位系统中地址为8字节），大大减少了内存开销。
2. 提高运行效率：
   • 值传递：创建副本的过程涉及到内存的分配和数据的复制，这会消耗一定的时间。对于包含大量成员变量的 LargeStruct 结构体，数据复制的时间开销会很明显。在多次调用 processLargeStruct 函数时，这个时间开销会累积起来，导致程序运行效率降低。
   • 引用传递：由于不需要创建副本，避免了数据复制的时间开销，在多次调用 processLargeStruct 函数时，能够显著提高程序的运行效率。特别是在实时性要求较高或者对性能敏感的应用场景中，这种性能提升更为关键。