Question

在测试我的代码时，我注意到当空的范围 - for loop被删除时，执行时间显着增加。通常我会认为编译器会注意到for循环没有用处，因此会被忽略。作为编译器标志我正在使用-O3（gcc 5.4）。我还使用向量而不是集合来测试它，这似乎可以工作并在两种情况下都给出相同的执行时间。似乎迭代器的增量花费了所有额外的时间。

第一种情况，其中ranged for loop仍然存在（慢）：

#include <iostream>
#include <set>
int main () {
    long result;
    std::set<double> results;
    for (int i = 2; i <= 10000; ++i) {
        results.insert(i);
        for (auto element : results) {
            // no operation
        }
    }
    std::cout << "Result: " << result << "\n";
}

第二种情况，删除了范围for循环（快速）：

#include <iostream>
#include <set>
int main () {
    long result;
    std::set<double> results;
    for (int i = 2; i <= 10000; ++i) {
        results.insert(i);
    }
    std::cout << "Result: " << result << "\n";
}

Answer 1

内部std::set迭代器使用某种指针链。这似乎是个问题。

以下是与您的问题类似的最小设置：

struct S
{
    S* next;
};

void f (S* s) {
    while (s)
        s = s->next;
}

复杂的集合实现或迭代器的开销不是问题，而是优化器无法优化的指针链模式。

我不知道优化者在这种模式上失败的确切原因。

另请注意，此变体已经过优化：

void f (S* s) {
    // Copy paste as many times as you wish the following two lines
    if(s)
        s = s->next;
}

修改

正如@hvd所建议的那样，这可能与编译器无法证明循环不是无限有关。如果我们像这样编写OP循环：

void f(std::set<double>& s)
{
    auto it = s.begin();
    for (size_t i = 0; i < s.size() && it != s.end(); ++i, ++it)
    {
        // Do nothing
    }
}

编译器优化了所有内容。

Answer 2

基于循环的范围并不像它看起来那么简单。它在编译器内部转换为基于迭代器的循环，如果迭代器足够复杂，标准甚至不允许编译器删除这些迭代器操作。

Answer 3

Range-for是“语法糖”，意思是它所做的只是简单地为可以用更详细的方式表达的东西提供简写符号。例如，range-for转换为类似的东西。

for (Type obj : container) - ＆gt;

auto endpos = container.end();
for ( auto iter=container.begin(); iter != endpos; ++iter)
{
     Type obj(*iter);
     // your code here
}

现在问题是begin / end / * iter / ++ iter /（obj =）是函数调用。为了优化它们，编译器需要知道它们没有副作用（改变为全局状态）。编译器是否可以执行此操作是实现定义的，并且将取决于容器类型。我能说的是，在大多数情况下你不需要（obj =）函数，所以更喜欢

for (const auto& X: cont)

或......

for (auto& X: cont)

到...

for (auto X : cont)

您可能会发现这样做可以简化它，以便进行优化。

Answer 4

您可以使用 clang 优化报告。在启用save-optimization-record的情况下编译代码，因此优化报告将转储到main.opt.yaml。

clang++ -std=c++11 main.cpp -O2 -fsave-optimization-record

<小时/> 您将看到循环存在一些问题：

Clang认为，在这个循环中有一个值被修改。

- String: value that could not be identified as reduction is used outside the loop

此外，编译器无法计算循环迭代次数。

- String: could not determine number of loop iterations

注意，该编译器已成功内联begin，end，operator++和operator=。

为什么编译器不在一组元素上优化空的ranged-for循环？

4 个答案:

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