Question

编者注：
启用优化的后续问题仅会对循环计时：
Why is iterating though `std::vector` faster than iterating though `std::array`?
在这里，我们可以看到延迟分配页面错误在读取未初始化的BSS内存与在定时循环之外初始化的动态分配+写入内存的影响。

我尝试分析此代码：

#include <vector>
#include <array>
#include <stdio.h>

using namespace std;

constexpr int n = 400'000'000;
//vector<int> v(n);
array<int, n> v;

int main()
{
    int res = 0;
    for(int x : v)
        res += x;
    printf("%d\n", res);
}

在我的计算机上，array版本比vector快。

在这种情况下，内存分配是无关紧要的，因为它只有一次。

$ g++ arrVsVec.cpp -O3
$ time ./a.out
0

real    0m0,445s
user    0m0,203s
sys 0m0,238s

$ g++ arrVsVec.cpp -O3
$ time ./a.out
0

real    0m0,749s
user    0m0,273s
sys 0m0,476s

我发现std::vector：https://godbolt.org/z/111L5G

的拆卸要复杂得多

Answer 1

我如何编译：
g++ arrVsVec.cpp
为什么迭代std :: array比迭代std :: vector快得多？

因为未在启用优化的情况下进行编译。

此外，您不会对任何结果使用迭代结果，并且整个计算都使用编译时常数输入，因此，即使您确实启用了优化，也可能会优化掉循环，然后您只会测量动态分配而非动态分配。提示：执行动态分配比执行任何操作都要慢得多。

所以，总结一下：

由于缺乏优化，未优化的二进制文件速度很慢；测量优化的二进制文件
如果要测量迭代速度，则仅测量迭代；不要测量内存分配。
最好避免输入编译时间常数。
使用测得的代码结果，以便无法对其进行优化。

Answer 2

针对（g++ -O2）进行优化的答案：

您没有使用最终结果，因此编译器可以自由地优化整个循环。

array case中会发生什么。

main:
        xor     eax, eax
        ret

但是vector分配和释放堆内存，这使优化变得复杂，编译器倾向于安全地使用它，leave it in place：

main:
        xor     eax, eax
        ret
_GLOBAL__sub_I_v:
        sub     rsp, 8
        mov     edi, 400000000
        mov     QWORD PTR v[rip], 0
        mov     QWORD PTR v[rip+8], 0
        mov     QWORD PTR v[rip+16], 0
        call    operator new(unsigned long)
        lea     rdx, [rax+400000000]
        mov     QWORD PTR v[rip], rax
        mov     QWORD PTR v[rip+16], rdx
.L6:
        mov     DWORD PTR [rax], 0
        add     rax, 4
        cmp     rdx, rax
        jne     .L6
        mov     QWORD PTR v[rip+8], rdx
        mov     esi, OFFSET FLAT:v
        mov     edx, OFFSET FLAT:__dso_handle
        mov     edi, OFFSET FLAT:_ZNSt6vectorIiSaIiEED1Ev
        add     rsp, 8
        jmp     __cxa_atexit

所以这就是在这种情况下array版本更快的原因。在更实际的应用程序中，差异不会那么大，并且主要归结为vector情况下的堆分配/取消分配时间。

关闭优化的方法（g++）：

未经优化就不要编译基准测试

差异可能是由于没有内联vector迭代器。因此，与数组访问相比，在调试中访问矢量元素会导致额外的间接访问。

Answer 3

您没有使用结果，正在将向量初始化为零，并且没有启用优化。完成后：

int main()
{
    unsigned int res = 0;
    for(int &x : v)
        x = rand();

    for(int i = 0; i < 128; ++i) {
        for(int x : v)
            res += (unsigned int)x;
    }
    std::cout << res;
}

时间相同：

Success #stdin #stdout 0.62s 54296KB
-2043861760
Success #stdin #stdout 0.62s 54296KB
-2043861760

编辑：将res类型更改为unsigned int以避免未定义的行为。

为什么迭代std :: array比迭代std :: vector快得多？

3 个答案: