C/C++中按值传递比按地址传递更快吗, 引用呢?
在 C/C++ 中，我们经常听到“按值传递”、“按地址传递”（也叫指针传递）和“引用传递”这几种参数传递方式。那么，它们在性能上到底有什么区别呢？哪种方式更快呢？这个问题看似简单，但深入分析起来，会涉及到内存、CPU 缓存、编译器优化等多个层面。
咱们先一个一个来聊聊。
1. 按值传递 (Pass by Value)
按值传递是最直观的传递方式。当你将一个变量按值传递给函数时，函数会为这个变量创建一个独立的副本。函数内部对这个副本的任何修改都不会影响到原始变量。
例子：
```c++
void func_by_value(int x) {
x = x 2; // 只修改了副本
}
int main() {
int a = 10;
func_by_value(a);
// a 的值仍然是 10
return 0;
}
```
性能分析：
开销： 当按值传递时，最直接的开销是需要将原始变量的值复制到函数的参数副本中。这个复制过程涉及内存读写操作。
数据类型大小的影响：
小数据类型（如 `int`, `float`, `char` 等基本类型）： 这些类型通常占用很小的内存空间（通常是 4 或 8 字节）。复制它们非常快，开销几乎可以忽略不计。
大数据类型（如大型 `struct`、`class` 对象、数组、字符串等）： 如果你传递的是一个非常大的对象，复制整个对象就需要更多的时间和内存。这可能会成为一个性能瓶颈，尤其是在频繁调用的函数中。
CPU 缓存： 即使是复制，如果数据很小，也可能很快地在 CPU 缓存中完成，速度也很快。但如果数据很大，超出缓存大小，就需要访问主内存，速度会慢一些。
结论（按值传递）： 对于基本类型和小型数据结构，按值传递的性能非常好，开销极小。但对于大型数据结构，它可能不是最优选择，因为复制的开销会比较大。
2. 按地址传递 (Pass by Address / Pointer)
按地址传递，通常是通过传递指针来实现的。你传递的是变量的内存地址，函数通过这个地址来访问原始变量。这意味着函数可以修改原始变量的值。
例子：
```c++
void func_by_pointer(int ptr) {
if (ptr) { // 检查指针是否为空
ptr = ptr 2; // 通过指针修改原始变量
}
}
int main() {
int a = 10;
func_by_pointer(&a); // 传递变量的地址
// a 的值现在是 20
return 0;
}
```
性能分析：
开销：
传递地址： 传递一个指针的开销实际上是复制一个地址（通常是 4 或 8 字节，与指针的大小相同）。这个开销通常比复制一个大型对象要小得多。
解引用： 在函数内部，当你通过指针访问或修改值时，需要进行一次“解引用”操作（`ptr`）。这个操作涉及一次内存访问。
数据类型大小的影响： 按地址传递时，不论原始变量有多大，传递的都是一个固定大小的地址。因此，对于大型数据结构，按地址传递的开销（传递地址本身）通常远小于按值传递复制整个对象所需的开销。
潜在风险：
空指针： 如果传递了空指针（`nullptr`），解引用会导致程序崩溃。
野指针： 如果指针指向无效内存区域，也会导致问题。
可读性： 相比按值传递，使用指针的代码可读性可能稍差一些，需要时刻注意指针是否有效以及解引用操作。
结论（按地址传递）： 对于大型数据结构，按地址传递通常比按值传递更快，因为它避免了昂贵的复制操作，只传递了一个地址。对于基本类型，传递地址和解引用也可能比按值传递多一点点开销（主要是解引用那一步），但差别通常非常微小。
3. 引用传递 (Pass by Reference)
引用传递是一种 C++ 特有的方式，它为原始变量创建了一个别名。函数内部对引用的操作实际上就是对原始变量的操作。引用在初始化时就必须绑定到一个变量，并且不能改变绑定的对象。
例子：
```c++
void func_by_reference(int& ref) {
ref = ref 2; // 直接修改原始变量
}
int main() {
int a = 10;
func_by_reference(a); // 传递变量的引用
// a 的值现在是 20
return 0;
}
```
性能分析：
底层实现： 在绝大多数情况下，编译器在底层会将引用传递“优化”成指针传递。也就是说，当你在函数签名中声明一个引用参数时，编译器实际上是在生成相应的汇编代码时使用指针来传递地址。
开销： 因此，引用的传递开销与按地址传递非常相似：传递一个地址，然后在函数内部通过地址进行操作。
与指针的区别：
语法糖： 引用提供了一种更简洁、更安全的语法。你不需要显式地去取地址（`&`）或解引用（``），代码看起来更像是在直接操作原始变量。
安全性： 引用在初始化时就必须绑定到有效的对象，不能为 `nullptr`。这避免了指针可能带来的空指针问题。
不能重新绑定： 一旦引用被初始化，它就永久地绑定到那个对象，不能像指针那样指向其他对象。
数据类型大小的影响： 与按地址传递一样，引用传递的开销与数据的大小无关，因为它传递的是地址。
结论（引用传递）： 引用传递在性能上与按地址传递几乎没有差别，因为底层通常被实现为指针传递。它提供了一种更安全、更简洁的接口来修改或访问原始变量，尤其适合传递大型对象，因为避免了复制。
那么，到底谁更快？综合对比！
现在我们来总结一下，并回答最核心的问题：按值传递比按地址传递更快吗？引用呢？
1. 对于基本类型（如 `int`, `double`, `char` 等）：
按值传递： 复制一个很小的数据（4 或 8 字节）。
按地址传递/引用传递： 传递一个地址（4 或 8 字节），然后在函数内解引用一次。
结论： 在大多数现代处理器上，这三者之间的性能差异 微乎其微，几乎可以忽略不计。甚至可能因为按值传递避免了额外的解引用操作，在某些极度微小的场景下略微快一点点。但这种差异通常会被编译器优化、CPU 缓存等因素所掩盖，你不太可能通过这种微小的差异来感知到性能的提升。按值传递通常是可读性最好且最安全的，所以对于基本类型，首选按值传递。
2. 对于大型数据结构（如 `struct`, `class`, `std::string`, 容器等）：
按值传递： 复制整个对象。如果对象非常大（例如，包含大数组的对象，或者是一个大型字符串对象），复制的成本会非常高。这会占用更多的 CPU 时间和内存带宽，可能导致性能下降。
按地址传递/引用传递： 只复制一个地址（指针的大小）。在函数内部通过地址访问对象。
结论： 按地址传递和引用传递远比按值传递更快，并且更高效。 因为它们避免了昂贵的对象复制。在 C++ 中，通常推荐使用 常量引用（`const Type&`）来传递大型对象，如果函数不需要修改它们。这既能保证性能（避免复制），又能保证原始对象不被意外修改。如果函数确实需要修改原始对象，那么使用非常量引用（`Type&`）或指针（`Type`）会更合适，其中引用通常在语法上更简洁。
编译器优化和ABI (Application Binary Interface)
需要强调的是，编译器是性能优化的强大工具。
寄存器传递： 对于非常小的参数（通常是基本类型或指针大小的参数），现代编译器可能会直接将它们放到 CPU 的寄存器中传递，而不是进行实际的内存复制。这使得按值传递（特别是对于基本类型）和按地址传递/引用传递在寄存器级别的开销非常接近，甚至可能因为按值传递少一个解引用指令而略有优势。
返回值优化 (RVO / NRVO)： 对于函数返回值，编译器也会进行优化，避免不必要的复制。
ABI 的影响： 不同平台、不同编译器的 ABI（应用程序二进制接口）可能会影响实际的参数传递方式（例如，是全部用寄存器传递，还是部分参数会放到栈上）。但总体趋势是相似的。
总结性的建议
基本类型： 使用按值传递。代码清晰，性能足够好。
大型对象：
如果函数不修改对象：使用常量引用（`const Type&`）。这是性能最优且安全的标准做法。
如果函数需要修改对象：使用引用（`Type&`）。它提供更简洁的语法，并且同样高效。
在某些特定情况下（例如处理 C 风格的 API 或需要传递 `nullptr` 的场景），可以使用指针（`Type`）。但一般情况下，引用是更现代、更安全的选择。
所以，“按值传递比按地址传递更快吗？” 的答案是：对于基本类型，它们差不多快，按值传递可能略有优势但差异极小。但对于大型对象，按值传递会明显慢于按地址传递（或引用传递）。
“引用呢？” 引用在性能上与按地址传递非常相似，并且在安全性和语法上通常优于指针。
最终选择哪种传递方式，除了考虑性能，更要考虑代码的可读性、安全性以及清晰地表达函数意图。对于大型对象的非修改性访问，常量引用几乎是无可争议的首选。
咱们先一个一个来聊聊。
1. 按值传递 (Pass by Value)
按值传递是最直观的传递方式。当你将一个变量按值传递给函数时，函数会为这个变量创建一个独立的副本。函数内部对这个副本的任何修改都不会影响到原始变量。
例子：
```c++
void func_by_value(int x) {
x = x 2; // 只修改了副本
}
int main() {
int a = 10;
func_by_value(a);
// a 的值仍然是 10
return 0;
}
```
性能分析：
开销： 当按值传递时，最直接的开销是需要将原始变量的值复制到函数的参数副本中。这个复制过程涉及内存读写操作。
数据类型大小的影响：
小数据类型（如 `int`, `float`, `char` 等基本类型）： 这些类型通常占用很小的内存空间（通常是 4 或 8 字节）。复制它们非常快，开销几乎可以忽略不计。
大数据类型（如大型 `struct`、`class` 对象、数组、字符串等）： 如果你传递的是一个非常大的对象，复制整个对象就需要更多的时间和内存。这可能会成为一个性能瓶颈，尤其是在频繁调用的函数中。
CPU 缓存： 即使是复制，如果数据很小，也可能很快地在 CPU 缓存中完成，速度也很快。但如果数据很大，超出缓存大小，就需要访问主内存，速度会慢一些。
结论（按值传递）： 对于基本类型和小型数据结构，按值传递的性能非常好，开销极小。但对于大型数据结构，它可能不是最优选择，因为复制的开销会比较大。
2. 按地址传递 (Pass by Address / Pointer)
按地址传递，通常是通过传递指针来实现的。你传递的是变量的内存地址，函数通过这个地址来访问原始变量。这意味着函数可以修改原始变量的值。
例子：
```c++
void func_by_pointer(int ptr) {
if (ptr) { // 检查指针是否为空
ptr = ptr 2; // 通过指针修改原始变量
}
}
int main() {
int a = 10;
func_by_pointer(&a); // 传递变量的地址
// a 的值现在是 20
return 0;
}
```
性能分析：
开销：
传递地址： 传递一个指针的开销实际上是复制一个地址（通常是 4 或 8 字节，与指针的大小相同）。这个开销通常比复制一个大型对象要小得多。
解引用： 在函数内部，当你通过指针访问或修改值时，需要进行一次“解引用”操作（`ptr`）。这个操作涉及一次内存访问。
数据类型大小的影响： 按地址传递时，不论原始变量有多大，传递的都是一个固定大小的地址。因此，对于大型数据结构，按地址传递的开销（传递地址本身）通常远小于按值传递复制整个对象所需的开销。
潜在风险：
空指针： 如果传递了空指针（`nullptr`），解引用会导致程序崩溃。
野指针： 如果指针指向无效内存区域，也会导致问题。
可读性： 相比按值传递，使用指针的代码可读性可能稍差一些，需要时刻注意指针是否有效以及解引用操作。
结论（按地址传递）： 对于大型数据结构，按地址传递通常比按值传递更快，因为它避免了昂贵的复制操作，只传递了一个地址。对于基本类型，传递地址和解引用也可能比按值传递多一点点开销（主要是解引用那一步），但差别通常非常微小。
3. 引用传递 (Pass by Reference)
引用传递是一种 C++ 特有的方式，它为原始变量创建了一个别名。函数内部对引用的操作实际上就是对原始变量的操作。引用在初始化时就必须绑定到一个变量，并且不能改变绑定的对象。
例子：
```c++
void func_by_reference(int& ref) {
ref = ref 2; // 直接修改原始变量
}
int main() {
int a = 10;
func_by_reference(a); // 传递变量的引用
// a 的值现在是 20
return 0;
}
```
性能分析：
底层实现： 在绝大多数情况下，编译器在底层会将引用传递“优化”成指针传递。也就是说，当你在函数签名中声明一个引用参数时，编译器实际上是在生成相应的汇编代码时使用指针来传递地址。
开销： 因此，引用的传递开销与按地址传递非常相似：传递一个地址，然后在函数内部通过地址进行操作。
与指针的区别：
语法糖： 引用提供了一种更简洁、更安全的语法。你不需要显式地去取地址（`&`）或解引用（``），代码看起来更像是在直接操作原始变量。
安全性： 引用在初始化时就必须绑定到有效的对象，不能为 `nullptr`。这避免了指针可能带来的空指针问题。
不能重新绑定： 一旦引用被初始化，它就永久地绑定到那个对象，不能像指针那样指向其他对象。
数据类型大小的影响： 与按地址传递一样，引用传递的开销与数据的大小无关，因为它传递的是地址。
结论（引用传递）： 引用传递在性能上与按地址传递几乎没有差别，因为底层通常被实现为指针传递。它提供了一种更安全、更简洁的接口来修改或访问原始变量，尤其适合传递大型对象，因为避免了复制。
那么，到底谁更快？综合对比！
现在我们来总结一下，并回答最核心的问题：按值传递比按地址传递更快吗？引用呢？
1. 对于基本类型（如 `int`, `double`, `char` 等）：
按值传递： 复制一个很小的数据（4 或 8 字节）。
按地址传递/引用传递： 传递一个地址（4 或 8 字节），然后在函数内解引用一次。
结论： 在大多数现代处理器上，这三者之间的性能差异 微乎其微，几乎可以忽略不计。甚至可能因为按值传递避免了额外的解引用操作，在某些极度微小的场景下略微快一点点。但这种差异通常会被编译器优化、CPU 缓存等因素所掩盖，你不太可能通过这种微小的差异来感知到性能的提升。按值传递通常是可读性最好且最安全的，所以对于基本类型，首选按值传递。
2. 对于大型数据结构（如 `struct`, `class`, `std::string`, 容器等）：
按值传递： 复制整个对象。如果对象非常大（例如，包含大数组的对象，或者是一个大型字符串对象），复制的成本会非常高。这会占用更多的 CPU 时间和内存带宽，可能导致性能下降。
按地址传递/引用传递： 只复制一个地址（指针的大小）。在函数内部通过地址访问对象。
结论： 按地址传递和引用传递远比按值传递更快，并且更高效。 因为它们避免了昂贵的对象复制。在 C++ 中，通常推荐使用 常量引用（`const Type&`）来传递大型对象，如果函数不需要修改它们。这既能保证性能（避免复制），又能保证原始对象不被意外修改。如果函数确实需要修改原始对象，那么使用非常量引用（`Type&`）或指针（`Type`）会更合适，其中引用通常在语法上更简洁。
编译器优化和ABI (Application Binary Interface)
需要强调的是，编译器是性能优化的强大工具。
寄存器传递： 对于非常小的参数（通常是基本类型或指针大小的参数），现代编译器可能会直接将它们放到 CPU 的寄存器中传递，而不是进行实际的内存复制。这使得按值传递（特别是对于基本类型）和按地址传递/引用传递在寄存器级别的开销非常接近，甚至可能因为按值传递少一个解引用指令而略有优势。
返回值优化 (RVO / NRVO)： 对于函数返回值，编译器也会进行优化，避免不必要的复制。
ABI 的影响： 不同平台、不同编译器的 ABI（应用程序二进制接口）可能会影响实际的参数传递方式（例如，是全部用寄存器传递，还是部分参数会放到栈上）。但总体趋势是相似的。
总结性的建议
基本类型： 使用按值传递。代码清晰，性能足够好。
大型对象：
如果函数不修改对象：使用常量引用（`const Type&`）。这是性能最优且安全的标准做法。
如果函数需要修改对象：使用引用（`Type&`）。它提供更简洁的语法，并且同样高效。
在某些特定情况下（例如处理 C 风格的 API 或需要传递 `nullptr` 的场景），可以使用指针（`Type`）。但一般情况下，引用是更现代、更安全的选择。
所以，“按值传递比按地址传递更快吗？” 的答案是：对于基本类型，它们差不多快，按值传递可能略有优势但差异极小。但对于大型对象，按值传递会明显慢于按地址传递（或引用传递）。
“引用呢？” 引用在性能上与按地址传递非常相似，并且在安全性和语法上通常优于指针。
最终选择哪种传递方式，除了考虑性能，更要考虑代码的可读性、安全性以及清晰地表达函数意图。对于大型对象的非修改性访问，常量引用几乎是无可争议的首选。
网友意见
写在前面，题主问的是内置类型，那么，基本上就是int char long ptr这类数据，我的回答基于这个大前提来讨论，所以不要再提什么构造函数之类的内容了。
引用和按指针传递，在汇编级别上应该是一样的，所以你的代码里f2和f3在汇编层面上应该是一样的，所以性能上应该没有差别。
至于值传递和引用传递的性能差别，我觉得不应该是写C++代码该关注的地方。
如果真要深入分析这个问题，在不开任何优化的情况下：
mov和lea指令速度是有可能有差异的，现代的x86架构的CPU里，开启流水线不开启HT的情况下，lea可能比mov要快，或者基本上差不多，我查到的信息里：
Ryzen架构下：
MOV r,m的latency是3，throughput是1/2;
LEA r32/64,[m]的latency是2，throughput是1/4;
Haswell架构下：
MOV r32/64,m的latency是2，throughput是1/2;
LEA r32/64,m的latency是1，throughput是1/2;
整体上LEA是要快一些的。
但这里只是考虑到调用者的情况，如果是传引用或者指针，那么意味着被调用函数的内部需要做地址转换，才能获得实际的参数的值。
对于32位系统来说，参数是在栈上的，要先通过ebp获得参数值（指针或者引用），再通过参数值获得实际的指向或者引用的值，要进行两次取地址的操作。
对于64位系统来说，参数是通过寄存器来传递的，仍然需要一次取地址操作才能获得实际的值。
而如果是值传递的话，就没那么复杂了，参数就在栈上甚至在寄存器里，直接用就可以。因此整体来看，如果按值传递，被调用者的开销确实更小。
所以，大致的结论是：对于内置类型来说，值传递确实比指针（和引用）效率要高
以上只是不开优化的结论，开优化以后，性能就不好说了，而且代码的复杂度也会影响优化的效果。
虽然结论是值传递更快，但我仍然觉得如果没有特别的需求，写代码的人不太建议关注它。
-------------------------
更进一步的思考一下：用值传递，那么肯定是不关注这个参数在被调函数内的变化，而用指针或者引用，那么一定是关注这种变化，两种方式的用途是不一样的，效率上有差异是必然的，但多数情况下，不需要人为的去优化，编译器的优化已经足够用了。
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