Question

注意：这仅在在线IDE中得到确认，我自己笔记本电脑上的测试无法确认。

让我们用几乎相同的程序测试两个容器的性能，即计算第一个999999 Collatz序列的长度。我以非常类似的方式使用std::array和std::vector来缓存前几个元素。事实证明，std::vector解决方案比std::array解决方案快3.5倍。这对我来说很奇怪，因为我被告知动态分配的std::vector执行速度比std::array处于核心的静态分配数组要慢。

std::array本身是否比std::vector慢？如果是，为什么？如果不是，我在使用std::array以及如何修复它时我做错了什么？

#include <iostream>
#include <array>
#include <cstdint>
#include <ctime>

std::array<std::uint_fast16_t, 999999> cache;

std::uint_fast16_t getCollatzLength(std::uint_fast64_t val) {

    uint_fast16_t excessiveLength = 0;
    while(val > 999999) {
        if(val%2 == 0)
            val /= 2;
        else
            val = 3*val+1;
        ++excessiveLength;
    }

    if(cache[val-1] == 0) {
        if(val%2 == 0)
            cache[val-1] = getCollatzLength(val/2) + 1;
        else
            cache[val-1] = getCollatzLength(3*val+1) + 1;
    }

    return cache[val-1] + excessiveLength;
}

int main()
{
    std::clock_t tStart = std::clock();

    cache.fill(0);
    cache[0] = 1;

    std::uint_fast16_t largest = 0;
    for(int i = 1; i <= 999999; ++i) {
        auto cmax = getCollatzLength(i);
        if(cmax > largest)
            largest = cmax;
    }
    std::cout << largest << '\n';

    std::cout << "Time taken: " << (double)(std::clock() - tStart)/CLOCKS_PER_SEC << '\n';
}

以上std::array解决方案runs in 0.067222

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstdint>
#include <ctime>

std::vector<std::uint_fast16_t> cache(999999, 0);

std::uint_fast16_t getCollatzLength(std::uint_fast64_t val) {

    uint_fast16_t excessiveLength = 0;
    while(val > 999999) {
        if(val%2 == 0)
            val /= 2;
        else
            val = 3*val+1;
        ++excessiveLength;
    }

    if(cache[val-1] == 0) {
        if(val%2 == 0)
            cache[val-1] = getCollatzLength(val/2) + 1;
        else
            cache[val-1] = getCollatzLength(3*val+1) + 1;
    }

    return cache[val-1] + excessiveLength;
}

int main()
{
    std::clock_t tStart = std::clock();

    cache[0] = 1;

    std::uint_fast16_t largest = 0;
    for(int i = 1; i <= 999999; ++i) {
        auto cmax = getCollatzLength(i);
        if(cmax > largest)
            largest = cmax;
    }
    std::cout << largest << '\n';

    std::cout << "Time taken: " << (double)(std::clock() - tStart)/CLOCKS_PER_SEC << '\n';
}

以上std::vector解决方案runs in 0.0191

为什么`std :: array`比`std :: vector`慢？

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