公平地说，您不能将c++实现与C实现进行比较，即我所说的malloc版本。Malloc不创建对象——它只分配原始内存。然后不调用构造函数就把内存当作对象，这是拙劣的c++(可能是无效的——我把这个问题留给语言律师吧)。

也就是说，简单地将malloc更改为新的Pixel[维度*维度]并自由删除[]个像素，这与您所拥有的Pixel的简单实现没有太大区别。下面是我的盒子(E6600, 64位)上的结果:

UseArray completed in 0.269 seconds
UseVector completed in 1.665 seconds
UseVectorPushBack completed in 7.309 seconds
The whole thing completed in 9.244 seconds

但随着一个微小的变化，情况发生了变化:

Pixel.h

struct Pixel
{
    Pixel();
    Pixel(unsigned char r, unsigned char g, unsigned char b);

    unsigned char r, g, b;
};

Pixel.cc

#include "Pixel.h"

Pixel::Pixel() {}
Pixel::Pixel(unsigned char r, unsigned char g, unsigned char b) 
  : r(r), g(g), b(b) {}

main.cc

#include "Pixel.h"
[rest of test harness without class Pixel]
[UseArray now uses new/delete not malloc/free]

编译如下:

$ g++ -O3 -c -o Pixel.o Pixel.cc
$ g++ -O3 -c -o main.o main.cc
$ g++ -o main main.o Pixel.o

我们得到了非常不同的结果:

UseArray completed in 2.78 seconds
UseVector completed in 1.651 seconds
UseVectorPushBack completed in 7.826 seconds
The whole thing completed in 12.258 seconds

使用Pixel的非内联构造函数，std::vector现在可以击败原始数组。

通过std::vector和std:allocator进行分配的复杂性似乎太多了，无法像简单的新Pixel[n]那样有效地进行优化。然而，我们可以看到问题仅仅是分配而不是vector访问，通过调整几个测试函数来创建vector/数组，将其移到循环之外:

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

    int dimension = 999;
    std::vector<Pixel> pixels;
    pixels.resize(dimension * dimension);

    for(int i = 0; i < 1000; ++i)
    {
        for(int i = 0; i < dimension * dimension; ++i)
        {
            pixels[i].r = 255;
            pixels[i].g = 0;
            pixels[i].b = 0;
        }
    }
}

and

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

    int dimension = 999;
    Pixel * pixels = new Pixel[dimension * dimension];

    for(int i = 0; i < 1000; ++i)
    {
        for(int i = 0 ; i < dimension * dimension; ++i)
        {
            pixels[i].r = 255;
            pixels[i].g = 0;
            pixels[i].b = 0;
        }
    }
    delete [] pixels;
}

我们现在得到这些结果:

UseArray completed in 0.254 seconds
UseVector completed in 0.249 seconds
UseVectorPushBack completed in 7.298 seconds
The whole thing completed in 7.802 seconds

从这里我们可以了解到std::vector可以与原始数组进行访问，但是如果你需要多次创建和删除vector/数组，在元素的构造函数没有内联的情况下，创建一个复杂的对象将比创建一个简单的数组花费更多的时间。我不认为这很令人惊讶。

向量类还调用Pixel构造函数。

每一种都会导致你在计时时运行近一百万次。

编辑:然后是外层…1000个循环，所以要做十亿次ctor调用!

编辑2:看到UseArray案例的分解会很有趣。优化器可以优化整个事情，因为它除了消耗CPU外没有其他效果。

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。

试试这个:

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

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

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

我得到了和数组几乎完全一样的性能。

The thing about vector is that it's a much more general tool than an array. And that means you have to consider how you use it. It can be used in a lot of different ways, providing functionality that an array doesn't even have. And if you use it "wrong" for your purpose, you incur a lot of overhead, but if you use it correctly, it is usually basically a zero-overhead data structure. In this case, the problem is that you separately initialized the vector (causing all elements to have their default ctor called), and then overwriting each element individually with the correct value. That is much harder for the compiler to optimize away than when you do the same thing with an array. Which is why the vector provides a constructor which lets you do exactly that: initialize N elements with value X.

当你使用它时，向量和数组一样快。

所以，你还没有打破性能神话。但是你已经证明了只有当你最优地使用向量时它才成立，这也是一个很好的观点。：）

好的一面是，它确实是最简单的用法，但却是最快的。如果您将我的代码片段(一行)与John Kugelman的答案进行对比，其中包含大量的调整和优化，但仍然不能完全消除性能差异，很明显，vector的设计非常巧妙。你不必费尽周折才能得到等于数组的速度。相反，您必须使用最简单的解决方案。

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;
}

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。