我一直认为std::vector是“作为数组实现的”，等等等等。今天我去测试了一下，结果似乎不是这样:
以下是一些测试结果:
UseArray completed in 2.619 seconds
UseVector completed in 9.284 seconds
UseVectorPushBack completed in 14.669 seconds
The whole thing completed in 26.591 seconds
这大约要慢3 - 4倍!这并不能证明“向量可能会慢几纳秒”的评论是正确的。
我使用的代码是:
#include <cstdlib>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <string>
#include <boost/date_time/posix_time/ptime.hpp>
#include <boost/date_time/microsec_time_clock.hpp>
class TestTimer
{
public:
TestTimer(const std::string & name) : name(name),
start(boost::date_time::microsec_clock<boost::posix_time::ptime>::local_time())
{
}
~TestTimer()
{
using namespace std;
using namespace boost;
posix_time::ptime now(date_time::microsec_clock<posix_time::ptime>::local_time());
posix_time::time_duration d = now - start;
cout << name << " completed in " << d.total_milliseconds() / 1000.0 <<
" seconds" << endl;
}
private:
std::string name;
boost::posix_time::ptime start;
};
struct Pixel
{
Pixel()
{
}
Pixel(unsigned char r, unsigned char g, unsigned char b) : r(r), g(g), b(b)
{
}
unsigned char r, g, b;
};
void UseVector()
{
TestTimer t("UseVector");
for(int i = 0; i < 1000; ++i)
{
int dimension = 999;
std::vector<Pixel> pixels;
pixels.resize(dimension * dimension);
for(int i = 0; i < dimension * dimension; ++i)
{
pixels[i].r = 255;
pixels[i].g = 0;
pixels[i].b = 0;
}
}
}
void UseVectorPushBack()
{
TestTimer t("UseVectorPushBack");
for(int i = 0; i < 1000; ++i)
{
int dimension = 999;
std::vector<Pixel> pixels;
pixels.reserve(dimension * dimension);
for(int i = 0; i < dimension * dimension; ++i)
pixels.push_back(Pixel(255, 0, 0));
}
}
void UseArray()
{
TestTimer t("UseArray");
for(int i = 0; i < 1000; ++i)
{
int dimension = 999;
Pixel * pixels = (Pixel *)malloc(sizeof(Pixel) * dimension * dimension);
for(int i = 0 ; i < dimension * dimension; ++i)
{
pixels[i].r = 255;
pixels[i].g = 0;
pixels[i].b = 0;
}
free(pixels);
}
}
int main()
{
TestTimer t1("The whole thing");
UseArray();
UseVector();
UseVectorPushBack();
return 0;
}
我做错了吗?还是我刚刚打破了这个性能神话?
我使用Visual Studio 2005中的发布模式。
在Visual c++中，#define _SECURE_SCL 0将UseVector减少了一半(减少到4秒)。在我看来，这真的是件大事。
下面是vector中的push_back方法的工作原理:
vector在初始化时分配X个空间。
如下所述，它检查当前底层数组中是否有空间用于该项。
它复制push_back调用中的项。
调用push_back X项后:
vector将kX的空间重新分配到第二个数组中。
它将第一个数组的项复制到第二个数组。
丢弃第一个数组。
现在使用第二个数组作为存储，直到它达到kX项。
重复。如果你没有预留空间，它肯定会变慢。更重要的是，如果复制项目的成本很高，那么像这样的“push_back”会让你生吞活剥。
至于向量和数组的区别，我同意其他人的观点。在发布版中运行，打开优化，并放入更多的标志，这样微软的友好人员就不会为你而烦恼了。
还有一件事，如果你不需要调整大小，使用Boost.Array。
一些分析器数据(像素对齐为32位):
g++ -msse3 -O3 -ftree-vectorize -g test.cpp -DNDEBUG && ./a.out
UseVector completed in 3.123 seconds
UseArray completed in 1.847 seconds
UseVectorPushBack completed in 9.186 seconds
The whole thing completed in 14.159 seconds
Blah
andrey@nv:~$ opannotate --source libcchem/src/a.out | grep "Total samples for file" -A3
Overflow stats not available
* Total samples for file : "/usr/include/c++/4.4/ext/new_allocator.h"
*
* 141008 52.5367
*/
--
* Total samples for file : "/home/andrey/libcchem/src/test.cpp"
*
* 61556 22.9345
*/
--
* Total samples for file : "/usr/include/c++/4.4/bits/stl_vector.h"
*
* 41956 15.6320
*/
--
* Total samples for file : "/usr/include/c++/4.4/bits/stl_uninitialized.h"
*
* 20956 7.8078
*/
--
* Total samples for file : "/usr/include/c++/4.4/bits/stl_construct.h"
*
* 2923 1.0891
*/
在分配器:
: // _GLIBCXX_RESOLVE_LIB_DEFECTS
: // 402. wrong new expression in [some_] allocator::construct
: void
: construct(pointer __p, const _Tp& __val)
141008 52.5367 : { ::new((void *)__p) _Tp(__val); }
向量:
:void UseVector()
:{ /* UseVector() total: 60121 22.3999 */
...
:
:
10790 4.0201 : for (int i = 0; i < dimension * dimension; ++i) {
:
495 0.1844 : pixels[i].r = 255;
:
12618 4.7012 : pixels[i].g = 0;
:
2253 0.8394 : pixels[i].b = 0;
:
: }
数组
:void UseArray()
:{ /* UseArray() total: 35191 13.1114 */
:
...
:
136 0.0507 : for (int i = 0; i < dimension * dimension; ++i) {
:
9897 3.6874 : pixels[i].r = 255;
:
3511 1.3081 : pixels[i].g = 0;
:
21647 8.0652 : pixels[i].b = 0;
大部分开销都在复制构造函数中。例如,
std::vector < Pixel > pixels;//(dimension * dimension, Pixel());
pixels.reserve(dimension * dimension);
for (int i = 0; i < dimension * dimension; ++i) {
pixels[i].r = 255;
pixels[i].g = 0;
pixels[i].b = 0;
}
它具有与数组相同的性能。
Martin York的回答让我很困扰，因为他似乎试图掩盖初始化问题。但他将冗余的默认构造确定为性能问题的根源是正确的。
[编辑:Martin的回答不再建议更改默认构造函数。]
对于眼前的问题，你当然可以调用2参数版本的向量<Pixel> ctor:
std::vector<Pixel> pixels(dimension * dimension, Pixel(255, 0, 0));
如果你想用一个常数值初始化，这是一种常见的情况。但更普遍的问题是:如何有效地初始化比常数值更复杂的东西?
为此，您可以使用back_insert_iterator，这是一个迭代器适配器。这里有一个int类型的向量的例子，尽管一般的思想也适用于像素:
#include <iterator>
// Simple functor return a list of squares: 1, 4, 9, 16...
struct squares {
squares() { i = 0; }
int operator()() const { ++i; return i * i; }
private:
int i;
};
...
std::vector<int> v;
v.reserve(someSize); // To make insertions efficient
std::generate_n(std::back_inserter(v), someSize, squares());
或者，您可以使用copy()或transform()来代替generate_n()。
缺点是，构造初始值的逻辑需要移动到一个单独的类中，这比将其放在原位更不方便(尽管c++ 1x中的lambdas使这更好)。此外，我希望这仍然不会像基于malloc()的非stl版本那样快，但我希望它会接近，因为它只对每个元素进行一次构造。
一个更好的基准测试(我认为…)，编译器由于优化可以改变代码，因为分配的向量/数组的结果不会在任何地方使用。
结果:
$ g++ test.cpp -o test -O3 -march=native
$ ./test
UseArray inner completed in 0.652 seconds
UseArray completed in 0.773 seconds
UseVector inner completed in 0.638 seconds
UseVector completed in 0.757 seconds
UseVectorPushBack inner completed in 6.732 seconds
UseVectorPush completed in 6.856 seconds
The whole thing completed in 8.387 seconds
编译器:
gcc version 6.2.0 20161019 (Debian 6.2.0-9)
CPU:
model name : Intel(R) Core(TM) i7-3630QM CPU @ 2.40GHz
代码是:
#include <cstdlib>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <string>
#include <boost/date_time/posix_time/ptime.hpp>
#include <boost/date_time/microsec_time_clock.hpp>
class TestTimer
{
public:
TestTimer(const std::string & name) : name(name),
start(boost::date_time::microsec_clock<boost::posix_time::ptime>::local_time())
{
}
~TestTimer()
{
using namespace std;
using namespace boost;
posix_time::ptime now(date_time::microsec_clock<posix_time::ptime>::local_time());
posix_time::time_duration d = now - start;
cout << name << " completed in " << d.total_milliseconds() / 1000.0 <<
" seconds" << endl;
}
private:
std::string name;
boost::posix_time::ptime start;
};
struct Pixel
{
Pixel()
{
}
Pixel(unsigned char r, unsigned char g, unsigned char b) : r(r), g(g), b(b)
{
}
unsigned char r, g, b;
};
void UseVector(std::vector<std::vector<Pixel> >& results)
{
TestTimer t("UseVector inner");
for(int i = 0; i < 1000; ++i)
{
int dimension = 999;
std::vector<Pixel>& pixels = results.at(i);
pixels.resize(dimension * dimension);
for(int i = 0; i < dimension * dimension; ++i)
{
pixels[i].r = 255;
pixels[i].g = 0;
pixels[i].b = 0;
}
}
}
void UseVectorPushBack(std::vector<std::vector<Pixel> >& results)
{
TestTimer t("UseVectorPushBack inner");
for(int i = 0; i < 1000; ++i)
{
int dimension = 999;
std::vector<Pixel>& pixels = results.at(i);
pixels.reserve(dimension * dimension);
for(int i = 0; i < dimension * dimension; ++i)
pixels.push_back(Pixel(255, 0, 0));
}
}
void UseArray(Pixel** results)
{
TestTimer t("UseArray inner");
for(int i = 0; i < 1000; ++i)
{
int dimension = 999;
Pixel * pixels = (Pixel *)malloc(sizeof(Pixel) * dimension * dimension);
results[i] = pixels;
for(int i = 0 ; i < dimension * dimension; ++i)
{
pixels[i].r = 255;
pixels[i].g = 0;
pixels[i].b = 0;
}
// free(pixels);
}
}
void UseArray()
{
TestTimer t("UseArray");
Pixel** array = (Pixel**)malloc(sizeof(Pixel*)* 1000);
UseArray(array);
for(int i=0;i<1000;++i)
free(array[i]);
free(array);
}
void UseVector()
{
TestTimer t("UseVector");
{
std::vector<std::vector<Pixel> > vector(1000, std::vector<Pixel>());
UseVector(vector);
}
}
void UseVectorPushBack()
{
TestTimer t("UseVectorPush");
{
std::vector<std::vector<Pixel> > vector(1000, std::vector<Pixel>());
UseVectorPushBack(vector);
}
}
int main()
{
TestTimer t1("The whole thing");
UseArray();
UseVector();
UseVectorPushBack();
return 0;
}
