好问题。我来这里是希望能找到一些简单的方法来加快矢量测试的速度。结果跟我想象的不太一样!

优化有帮助，但这还不够。通过优化，我仍然看到UseArray和UseVector之间的2X性能差异。有趣的是，UseVector明显比没有优化的UseVectorPushBack慢。

# g++ -Wall -Wextra -pedantic -o vector vector.cpp
# ./vector
UseArray completed in 20.68 seconds
UseVector completed in 120.509 seconds
UseVectorPushBack completed in 37.654 seconds
The whole thing completed in 178.845 seconds
# g++ -Wall -Wextra -pedantic -O3 -o vector vector.cpp
# ./vector
UseArray completed in 3.09 seconds
UseVector completed in 6.09 seconds
UseVectorPushBack completed in 9.847 seconds
The whole thing completed in 19.028 seconds

想法1 -使用new[]代替malloc

我尝试在UseArray中将malloc()更改为new[]，以便构造对象。从单个字段分配到分配一个Pixel实例。哦，重命名内循环变量为j。

void UseArray()
{
    TestTimer t("UseArray");

    for(int i = 0; i < 1000; ++i)
    {   
        int dimension = 999;

        // Same speed as malloc().
        Pixel * pixels = new Pixel[dimension * dimension];

        for(int j = 0 ; j < dimension * dimension; ++j)
            pixels[j] = Pixel(255, 0, 0);

        delete[] pixels;
    }
}

令人惊讶的是(对我来说)，这些变化没有任何不同。甚至没有更改为new[]，这将默认构造所有的像素。看起来gcc在使用new[]时可以优化默认构造函数调用，但在使用vector时就不行。

想法#2 -删除重复的操作符[]调用

我还尝试摆脱三重运算符[]查找，并缓存对像素[j]的引用。这实际上降低了UseVector的速度!哦。

for(int j = 0; j < dimension * dimension; ++j)
{
    // Slower than accessing pixels[j] three times.
    Pixel &pixel = pixels[j];
    pixel.r = 255;
    pixel.g = 0;
    pixel.b = 0;
}

# ./vector 
UseArray completed in 3.226 seconds
UseVector completed in 7.54 seconds
UseVectorPushBack completed in 9.859 seconds
The whole thing completed in 20.626 seconds

想法#3 -删除构造函数

如果完全删除构造函数呢?然后，也许gcc可以在创建向量时优化所有对象的结构。如果我们把像素改为:

struct Pixel
{
    unsigned char r, g, b;
};

结果:大约快10%。还是比数组慢。嗯。

# ./vector 
UseArray completed in 3.239 seconds
UseVector completed in 5.567 seconds

想法4 -使用迭代器而不是循环索引

如何使用vector<Pixel>::iterator代替循环索引?

for (std::vector<Pixel>::iterator j = pixels.begin(); j != pixels.end(); ++j)
{
    j->r = 255;
    j->g = 0;
    j->b = 0;
}

结果:

# ./vector 
UseArray completed in 3.264 seconds
UseVector completed in 5.443 seconds

没有什么不同。至少没有变慢。我认为这将具有类似于#2的性能，其中我使用了Pixel&引用。

结论

即使一些聪明的cookie找到了如何使vector循环和数组循环一样快的方法，这也不能说明std::vector的默认行为。编译器足够聪明，可以优化所有c++特性，并使STL容器像原始数组一样快。

底线是，当使用std::vector时，编译器无法优化掉无操作的默认构造函数调用。如果你使用普通的new[]，它就能很好地优化它们。但不是std::vector。即使你可以重写你的代码，以消除构造函数调用，在这里的咒语:“编译器比你聪明。STL和普通c一样快，不用担心。”

使用以下方法:

g++ -O3 Time.cpp -I <MyBoost> . cfg . / a.o ut UseArray完成用时2.196秒 UseVector在4.412秒内完成 UseVectorPushBack在8.017秒内完成 全程用时14.626秒

数组的速度是向量的两倍。

但在更详细地查看代码后，这是预期的;当你遍历向量两次，只遍历数组一次时。注意:当你调整vector的size()时，你不仅是在分配内存，而且还在遍历vector并调用每个成员的构造函数。

稍微重新排列代码，使vector只初始化每个对象一次:

 std::vector<Pixel>  pixels(dimensions * dimensions, Pixel(255,0,0));

现在再做一次同样的计时:

g++ -O3 Time.cpp -I <MyBoost> . cfg . / a.o ut UseVector在2.216秒内完成

vector现在的性能只比数组差一点点。在我看来，这种差异是微不足道的，可能是由一大堆与测试无关的事情造成的。

我也会考虑到，你没有正确初始化/销毁像素对象在UseArrray()方法的构造函数/析构函数都没有被调用(这可能不是这个简单的类的问题，但任何稍微复杂(即指针或指针成员)将导致问题。

当我第一次看您的代码时，这很难说是一个公平的比较;我还以为你不是在比较苹果和苹果。所以我想，让构造函数和析构函数在所有测试中都被调用;然后比较。

const size_t dimension = 1000;

void UseArray() {
    TestTimer t("UseArray");
    for(size_t j = 0; j < dimension; ++j) {
        Pixel* pixels = new Pixel[dimension * dimension];
        for(size_t i = 0 ; i < dimension * dimension; ++i) {
            pixels[i].r = 255;
            pixels[i].g = 0;
            pixels[i].b = (unsigned char) (i % 255);
        }
        delete[] pixels;
    }
}

void UseVector() {
    TestTimer t("UseVector");
    for(size_t j = 0; j < dimension; ++j) {
        std::vector<Pixel> pixels(dimension * dimension);
        for(size_t i = 0; i < dimension * dimension; ++i) {
            pixels[i].r = 255;
            pixels[i].g = 0;
            pixels[i].b = (unsigned char) (i % 255);
        }
    }
}

int main() {
    TestTimer t1("The whole thing");

    UseArray();
    UseVector();

    return 0;
}

我的想法是，在这样的设置下，它们应该是完全相同的。事实证明，我错了。

UseArray completed in 3.06 seconds
UseVector completed in 4.087 seconds
The whole thing completed in 10.14 seconds

那么为什么会出现30%的性能损失呢?STL的所有内容都在头文件中，因此编译器应该能够理解所需的所有内容。

我的想法是，它是在循环如何初始化默认构造函数的所有值。所以我做了一个测试:

class Tester {
public:
    static int count;
    static int count2;
    Tester() { count++; }
    Tester(const Tester&) { count2++; }
};
int Tester::count = 0;
int Tester::count2 = 0;

int main() {
    std::vector<Tester> myvec(300);
    printf("Default Constructed: %i\nCopy Constructed: %i\n", Tester::count, Tester::count2);

    return 0;
}

结果如我所料:

Default Constructed: 1
Copy Constructed: 300

这显然是减速的根源，因为vector使用复制构造函数从默认构造的对象初始化元素。

这意味着，以下伪操作顺序发生在向量的构造过程中:

Pixel pixel;
for (auto i = 0; i < N; ++i) vector[i] = pixel;

由于编译器创建了隐式复制构造函数，扩展为:

Pixel pixel;
for (auto i = 0; i < N; ++i) {
    vector[i].r = pixel.r;
    vector[i].g = pixel.g;
    vector[i].b = pixel.b;
}

所以默认像素保持未初始化，而其余的初始化使用默认像素的未初始化值。

与New[]/Delete[]相比:

int main() {
    Tester* myvec = new Tester[300];

    printf("Default Constructed: %i\nCopy Constructed:%i\n", Tester::count, Tester::count2);

    delete[] myvec;

    return 0;
}

Default Constructed: 300
Copy Constructed: 0

它们都保留了未初始化的值，并且没有对序列进行两次迭代。

有了这些信息，我们如何进行测试呢?让我们试着重写隐式复制构造函数。

Pixel(const Pixel&) {}

结果呢?

UseArray completed in 2.617 seconds
UseVector completed in 2.682 seconds
The whole thing completed in 5.301 seconds

总而言之，如果你经常制作数百个向量:重新考虑你的算法。

在任何情况下，STL实现都不会因为某些未知的原因而变慢，它只是完全按照你的要求去做;希望你能明白。

根据我的经验，有时候，只是有时候，vector<int>可能比int[]慢很多倍。需要记住的一点是，向量的向量与int[][]非常不同。因为元素在内存中可能不是连续的。这意味着你可以在主向量中调整不同向量的大小，但CPU可能无法像int[][]那样缓存元素。

这似乎取决于编译器标志。下面是一个基准代码:

#include <chrono>
#include <cmath>
#include <ctime>
#include <iostream>
#include <vector>


int main(){

    int size = 1000000; // reduce this number in case your program crashes
    int L = 10;

    std::cout << "size=" << size << " L=" << L << std::endl;
    {
        srand( time(0) );
        double * data = new double[size];
        double result = 0.;
        std::chrono::steady_clock::time_point start = std::chrono::steady_clock::now();
        for( int l = 0; l < L; l++ ) {
            for( int i = 0; i < size; i++ ) data[i] = rand() % 100;
            for( int i = 0; i < size; i++ ) result += data[i] * data[i];
        }
        std::chrono::steady_clock::time_point end   = std::chrono::steady_clock::now();
        auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start).count();
        std::cout << "Calculation result is " << sqrt(result) << "\n";
        std::cout << "Duration of C style heap array:    " << duration << "ms\n";
        delete data;
    }

    {
        srand( 1 + time(0) );
        double data[size]; // technically, non-compliant with C++ standard.
        double result = 0.;
        std::chrono::steady_clock::time_point start = std::chrono::steady_clock::now();
        for( int l = 0; l < L; l++ ) {
            for( int i = 0; i < size; i++ ) data[i] = rand() % 100;
            for( int i = 0; i < size; i++ ) result += data[i] * data[i];
        }
        std::chrono::steady_clock::time_point end   = std::chrono::steady_clock::now();
        auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start).count();
        std::cout << "Calculation result is " << sqrt(result) << "\n";
        std::cout << "Duration of C99 style stack array: " << duration << "ms\n";
    }

    {
        srand( 2 + time(0) );
        std::vector<double> data( size );
        double result = 0.;
        std::chrono::steady_clock::time_point start = std::chrono::steady_clock::now();
        for( int l = 0; l < L; l++ ) {
            for( int i = 0; i < size; i++ ) data[i] = rand() % 100;
            for( int i = 0; i < size; i++ ) result += data[i] * data[i];
        }
        std::chrono::steady_clock::time_point end   = std::chrono::steady_clock::now();
        auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start).count();
        std::cout << "Calculation result is " << sqrt(result) << "\n";
        std::cout << "Duration of std::vector array:     " << duration << "ms\n";
    }

    return 0;
}

不同的优化标志给出不同的答案:

$ g++ -O0 benchmark.cpp 
$ ./a.out 
size=1000000 L=10
Calculation result is 181182
Duration of C style heap array:    118441ms
Calculation result is 181240
Duration of C99 style stack array: 104920ms
Calculation result is 181210
Duration of std::vector array:     124477ms
$g++ -O3 benchmark.cpp
$ ./a.out 
size=1000000 L=10
Calculation result is 181213
Duration of C style heap array:    107803ms
Calculation result is 181198
Duration of C99 style stack array: 87247ms
Calculation result is 181204
Duration of std::vector array:     89083ms
$ g++ -Ofast benchmark.cpp 
$ ./a.out 
size=1000000 L=10
Calculation result is 181164
Duration of C style heap array:    93530ms
Calculation result is 181179
Duration of C99 style stack array: 80620ms
Calculation result is 181191
Duration of std::vector array:     78830ms

您的确切结果会有所不同，但这在我的机器上是非常典型的。

我不得不说我不是c++方面的专家。但要补充一些实验结果:

编译: gcc-6.2.0/bin/g++ -O3 -std=c++14 vector.cpp

机:

Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2690 v2 @ 3.00GHz 

OS:

2.6.32-642.13.1.el6.x86_64

输出:

UseArray completed in 0.167821 seconds
UseVector completed in 0.134402 seconds
UseConstructor completed in 0.134806 seconds
UseFillConstructor completed in 1.00279 seconds
UseVectorPushBack completed in 6.6887 seconds
The whole thing completed in 8.12888 seconds

这里我唯一感到奇怪的是“UseFillConstructor”的性能与“UseConstructor”相比。

代码:

void UseConstructor()
{
    TestTimer t("UseConstructor");

    for(int i = 0; i < 1000; ++i)
    {
        int dimension = 999;

        std::vector<Pixel> pixels(dimension*dimension);
        for(int i = 0; i < dimension * dimension; ++i)
        {
            pixels[i].r = 255;
            pixels[i].g = 0;
            pixels[i].b = 0;
        }
    }
}


void UseFillConstructor()
{
    TestTimer t("UseFillConstructor");

    for(int i = 0; i < 1000; ++i)
    {
        int dimension = 999;

        std::vector<Pixel> pixels(dimension*dimension, Pixel(255,0,0));
    }
}

因此提供的额外“值”大大降低了性能，我认为这是由于多次调用复制构造函数造成的。但是…

编译:

gcc-6.2.0/bin/g++ -std=c++14 -O vector.cpp

输出:

UseArray completed in 1.02464 seconds
UseVector completed in 1.31056 seconds
UseConstructor completed in 1.47413 seconds
UseFillConstructor completed in 1.01555 seconds
UseVectorPushBack completed in 6.9597 seconds
The whole thing completed in 11.7851 seconds

因此，在这种情况下，gcc优化非常重要，但当一个值作为默认值提供时，它帮不了你太多。这，其实是对我的学费。希望它能帮助新程序员选择哪种矢量初始化格式。