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。
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。
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。
这是一个古老而流行的问题。
在这一点上，许多程序员将使用c++ 11。在c++ 11中，OP的代码对于UseArray或UseVector运行得同样快。
UseVector completed in 3.74482 seconds
UseArray completed in 3.70414 seconds
基本的问题是，当你的像素结构未初始化时，std::vector<T>::resize(size_t, T const&=T())接受一个默认构造的像素并复制它。编译器没有注意到它被要求复制未初始化的数据，所以它实际执行了复制。
在c++ 11中，std::vector<T>::resize有两个重载。第一个是std::vector<T>::resize(size_t)，另一个是std::vector<T>::resize(size_t, T const&)。这意味着当调用resize而不带第二个参数时，它只是默认构造，而编译器足够聪明，可以意识到默认构造什么也不做，因此它跳过了缓冲区的传递。
(添加这两个重载是为了处理可移动、可构造和不可复制类型——处理未初始化数据时的性能提升是一个额外的好处)。
push_back解决方案还执行fencepost检查，这降低了它的速度，因此它仍然比malloc版本慢。
现场示例(我还用chrono::high_resolution_clock替换了计时器)。
注意，如果你有一个通常需要初始化的结构，但你想在增加缓冲区后处理它，你可以使用自定义std::vector分配器来做到这一点。如果你想把它移动到一个更正常的std::vector，我相信仔细使用allocator_traits和重写==可能会成功，但我不确定。
