插入矢量变换

Question

我之前在连接两个std::vector的最佳方式上发布了question，其中必须首先转换一个向量。虽然使用std::transform的明显解决方案可能不是理论上的最优解决方案，但多容量检查的成本可能不会很大。

但是如果我们考虑插入一个必须转换为另一个向量的向量的更普遍的问题，那么现在可能存在潜在的重大开销。

这样做的最佳方法是什么？

Answer 1

我在这里看到几个选项：

方法1：临时转换

std::vector<T1> temp {};
temp.reserve(vec.size());
std::transform(vec2.begin(), vec2.end(), std::back_inserter(temp), op);
vec1.insert(vec1.begin() + pos, std::make_move_iterator(temp.begin()),
               std::make_move_iterator(temp.end()));

但是现在开销不是一个简单的容量检查，而是额外的成本是size_of(T1) * vec2.size() temp的分配/解除分配。如果vec2很大，这可能很容易成本。

方法2：循环插入

vec1.reserve(vec1.size() + vec2.size());
std::size_t i {pos};
for (const auto& p : vec2) {
    vec1.insert(vec1.begin() + i, op);
    ++i;
}

这避免了方法1的额外分配/解除分配，但此解决方案还存在另一个严重问题：n = vec1.size() - pos中的每个vec1元素都必须移位n次， O(n^2)操作。

方法3：转移和复制

vec1.resize(vec1.size() + pair_vec.size());
std::move(vec1.begin() + pos, vec1.end(), vec1.begin() + pos + vec2.size());
std::transform(vec2.begin(), vec2.end(), vec1.begin() + pos, op);

这似乎接近我们想要的，我们只需支付额外的费用。 n默认构造函数。

修改

我的转移和复制方法（3）不正确，应该是：

auto v1_size = vec1.size();
vec1.resize(vec1.size() + vec2.size());
std::move(vec1.begin() + pos, vec1.begin() + v1_size, vec1.begin() + pos + vec2.size());
std::transform(vec2.begin(), vec2.end(), vec1.begin() + pos, op);

TESTS（使用@ VaughnCato＆@ 39和@ ViktorSehr的方法更新）

我测试了方法1＆amp; 3（方法2显然不会很好 - 易于验证），以及@VaughnCato和@ViktorSehr建议的方法。这是完整的代码：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <iterator>
#include <algorithm>
#include <cstdint>
#include <chrono>
#include <numeric>
#include <random>
#include <boost/iterator/transform_iterator.hpp>
#include <boost/range/adaptor/transformed.hpp>

using std::size_t;

std::vector<int> generate_random_ints(size_t n)
{
    std::default_random_engine generator;
    auto seed1 = std::chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count();
    generator.seed((unsigned) seed1);
    std::uniform_int_distribution<int> uniform {};
    std::vector<int> v(n);
    std::generate_n(v.begin(), n, [&] () { return uniform(generator); });
    return v;
}

std::vector<std::string> generate_random_strings(size_t n)
{
    std::default_random_engine generator;
    auto seed1 = std::chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count();
    generator.seed((unsigned) seed1);
    std::uniform_int_distribution<int> uniform {};
    std::vector<std::string> v(n);
    std::generate_n(v.begin(), n, [&] () { return std::to_string(uniform(generator)); });
    return v;
}

template <typename D=std::chrono::nanoseconds, typename F>
D benchmark(F f, unsigned num_tests)
{
    D total {0};
    for (unsigned i = 0; i < num_tests; ++i) {
        auto start = std::chrono::system_clock::now();
        f();
        auto end = std::chrono::system_clock::now();
        total += std::chrono::duration_cast<D>(end - start);
    }
    return D {total / num_tests};
}

template <typename T1, typename T2, typename UnaryOperation>
void temp_transform(std::vector<T1> vec1, const std::vector<T2> &vec2, size_t pos, UnaryOperation op)
{
    std::vector<T1> temp {};
    temp.reserve(vec2.size());
    std::transform(vec2.begin(), vec2.end(), std::back_inserter(temp), op);
    vec1.insert(vec1.begin() + pos, std::make_move_iterator(temp.begin()),
                std::make_move_iterator(temp.end()));
}

template <typename T1, typename T2, typename UnaryOperation>
void shift_copy(std::vector<T1> vec1, const std::vector<T2> &vec2, size_t pos, UnaryOperation op)
{
    auto v1_size = vec1.size();
    vec1.resize(vec1.size() + vec2.size());
    std::move(vec1.begin() + pos, vec1.begin() + v1_size, vec1.begin() + pos + vec2.size());
    std::transform(vec2.begin(), vec2.end(), vec1.begin() + pos, op);
}

template <typename T1, typename T2, typename UnaryOperation>
void boost_transform(std::vector<T1> vec1, const std::vector<T2> &vec2, size_t pos, UnaryOperation op)
{
    auto v2_begin = boost::make_transform_iterator(vec2.begin(), op);
    auto v2_end   = boost::make_transform_iterator(vec2.end(), op);
    vec1.insert(vec1.begin() + pos, v2_begin, v2_end);
}

template <typename T1, typename T2, typename UnaryOperation>
void boost_adapter(std::vector<T1> vec1, const std::vector<T2> &vec2, size_t pos, UnaryOperation op)
{
   auto transformed_range = vec2 | boost::adaptors::transformed(op);
   vec1.insert(vec1.begin() + pos, transformed_range.begin(), transformed_range.end());
}

int main(int argc, char **argv)
{
    unsigned num_tests {1000};
    size_t vec1_size {1000000};
    size_t vec2_size {1000000};
    size_t insert_pos {vec1_size / 2};

    // Switch the variable names to inverse test
    auto vec2 = generate_random_ints(vec1_size);
    auto vec1 = generate_random_strings(vec2_size);

    //auto op = [] (const std::string& str) { return std::stoi(str); };
    auto op = [] (int i) { return std::to_string(i); };

    auto f_temp_transform_insert = [&vec1, &vec2, &insert_pos, &op] () {
        temp_transform(vec1, vec2, insert_pos, op);
    };
    auto f_shift_copy_insert = [&vec1, &vec2, &insert_pos, &op] () {
        shift_copy(vec1, vec2, insert_pos, op);
    };
    auto f_boost_transform_insert = [&vec1, &vec2, &insert_pos, &op] () {
        boost_transform(vec1, vec2, insert_pos, op);
    };
   auto f_boost_adapter_insert = [&vec1, &vec2, &insert_pos, &op] () {
       boost_adapter(vec1, vec2, insert_pos, op);
   };

    auto temp_transform_insert_time  = benchmark<std::chrono::milliseconds>(f_temp_transform_insert, num_tests).count();
    auto shift_copy_insert_time      = benchmark<std::chrono::milliseconds>(f_shift_copy_insert, num_tests).count();
    auto boost_transform_insert_time = benchmark<std::chrono::milliseconds>(f_boost_transform_insert, num_tests).count();
    auto boost_adapter_insert_time   = benchmark<std::chrono::milliseconds>(f_boost_adapter_insert, num_tests).count();

    std::cout << "temp_transform: " << temp_transform_insert_time << "ms" << std::endl;
    std::cout << "shift_copy: " << shift_copy_insert_time << "ms" << std::endl;
    std::cout << "boost_transform: " << boost_transform_insert_time << "ms" << std::endl;
    std::cout << "boost_adapter: " << boost_adapter_insert_time << "ms" << std::endl;

    return 0;
}

<强>结果

编译：

g++ vector_insert.cpp -std=c++11 -O3 -o vector_insert_test

平均用户运行时间为：

|    Method   | std::string -> int (ms) | int -> std::string (ms) |
|:-----------:|:-----------------------:|:-----------------------:|
| 1           |            68           |           220           |
| 3           |            67           |           222           |
| @VaughnCato |            71           |           239           |
| @ViktorSehr |            72           |           236           |

<强> TLDR

• boost方法不如std::transform方法快。
• std::transform方法几乎同样好 - 尽管int - ＆gt;之间难以解释差异。 std::string和std::string - ＆gt; int表现。

Answer 2

@ VaughnCato使用boost::transform_iterator approach other question也适用于此{{3}}：

auto vec1begin = boost::make_transform_iterator(vec1.begin(), f);
auto vec1end = boost::make_transform_iterator(vec1.end(), f);
vec2.insert(middle, vec1begin, vec1end);

Answer 3

如何使用 boost::range::adaptors::transformed ？

std::vector<...> first_vector;
auto transform_functor = [](...){...};
auto transformed_range = first_vector | boost::adaptors::transformed(transform_functor):
some_vector.insert(some_vector.end(), transformed_range.begin(), transformed_range.end());

鉴于 boost :: transform 和 vector :: insert 函数尽可能巧妙地实现，这应该能够忽略任何不必要的容量检查。