向量::: operator []开销

问题描述

| 显然，在分析（科学计算）C ++代码之后，有25％（！）的时间花费在调用calls0ѭ上。没错，我的代码将所有时间都花在ѭ1s（还有一些vector<int>s）上，但我仍然想知道，与C风格相比，是否应该有significant3 significant的大量开销数组？（我已经看到了另一个有关SO的问题，但是关于[]vsat()，但是显然even4ѭ对我来说太慢了？！）谢谢，安东尼（编辑：仅供参考：在Ubuntu上使用g ++ -O3 4.5.2版）

解决方法

std::vector::operator[]应该相当高效，但是编译器必须是偏执狂，对于函数的每次调用，都必须假定向量可能已移至内存中的其他位置。例如此代码

for (int i=0,n=v.size(); i<n; i++)
{
    total += v[i] + foo();
}

如果事先不知道foo的代码，则每次编译器都被迫重新加载向量起始地址，因为向量可能由于foo()中的代码而被重新分配。如果您确定该向量不会在内存中移动或重新分配，则可以使用以下方法将查找操作排除在外：

double *vptr = &v[0]; // Address of first element
for (int i=0,n=v.size(); i<n; i++)
{
    total += vptr[i] + foo();
}

采用这种方法，可以节省一次存储器查找操作（整个循环可能会在寄存器中存入vptr）。效率低下的另一个原因可能是缓存破坏。要查看这是否是一个问题，一个简单的技巧就是通过一些数量不均匀的元素来过度分配向量。原因是因为如果您有很多向量，例如所有4096个元素的地址中都将具有相同的低位，并且由于高速缓存行无效，您可能最终会失去很多速度。例如在我的电脑上的这个循环

std::vector<double> v1(n),v2(n),v3(n),v4(n),v5(n);
for (int i=0; i<1000000; i++)
    for (int j=0; j<1000; j++)
    {
        v1[j] = v2[j] + v3[j];
        v2[j] = v3[j] + v4[j];
        v3[j] = v4[j] + v5[j];
        v4[j] = v5[j] + v1[j];
        v5[j] = v1[j] + v2[j];
    }

如果n == 8191，则执行约8.1秒；如果n == 10000，则执行3.2秒。注意，内部循环始终从0到999，与n的值无关；不同的只是内存地址。根据处理器/体系结构的不同，我已经观察到由于缓存破坏而导致的速度甚至降低了10倍。 ,在现代的编译器中，在释放模式下且启用了优化，与原始指针相比，使用operator []不会产生开销：调用完全内联，并且解析为仅指针访问。我猜想您是以某种方式复制了赋值中的返回值，这实际上导致了在指令中花费了25％的时间。[与float和int不相关] 或者，您的其余代码简直是飞快的。 ,是的，会有一些开销，因为通常“ѭ20”将包含指向动态分配的数组的指针，其中数组只是\“ there \”。这意味着在数组上使用[]时，通常在vector::operator[]中会有额外的内存取消引用。（请注意，如果您有一个指向数组的指针，通常不如vector好。）如果您正在同一代码段中通过相同的vector或指针执行多次访问而又不导致向量可能需要重新分配，则这种额外取消引用的开销可能会在多次访问中分担，并且可以忽略不计。例如。

#include <vector>
extern std::vector<float> vf;
extern float af[];
extern float* pf;

float test1(long index)
{
        return vf[index];
}

float test2(long index)
{
        return af[index];
}

float test3(long index)
{
        return pf[index];
}

在g ++上为我生成以下代码（修剪了一些guff）：

.globl _Z5test1i
        .type   _Z5test1i,@function
_Z5test1i:
        movq    vf(%rip),%rax
        movss   (%rax,%rdi,4),%xmm0
        ret
        .size   _Z5test1i,.-_Z5test1i

.globl _Z5test2i
        .type   _Z5test2i,@function
_Z5test2i:
        movss   af(,%xmm0
        ret
        .size   _Z5test2i,.-_Z5test2i

.globl _Z5test3i
        .type   _Z5test3i,@function
_Z5test3i:
        movq    pf(%rip),%xmm0
        ret
        .size   _Z5test3i,.-_Z5test3i

请注意，指针和向量版本如何产生完全相同的代码，而仅使用数组版本“ winning \”。 ,通常，应该没有显着差异。差异可以实际上，由于各种原因，这取决于编译器优化特定的代码位。一个重大的可能区别：您正在分析，这意味着您正在执行检测代码。我不知道您使用的是什么探查器，但是编译器经常出于各种原因关闭内联进行性能分析的工具。您确定不是这种情况吗在这里，这是人为地导致索引出现比内联要花费更多的时间。 ,纯数组访问是（几乎）直接内存读取，而operator []是vector <>的成员方法。如果内联正确，则应该相同，否则，对于计算密集型工作，开销非常大。

operator 向量开销