问题描述
使用以下代码比较二进制搜索与线性搜索在 C++ 中的实时性能时获得完全出乎意料的结果 -
typedef std::chrono::microseconds us;
int linear_search(uint64_t* val,int s,int e,uint64_t k) {
while (s < e) {
if (!less<uint64_t>()(val[s],k)) {
break;
}
++s;
}
return {s};
}
int binary_search(uint64_t* val,uint64_t k) {
while (s != e) {
const int mid = (s + e) >> 1;
if (less<uint64_t>()(val[mid],k)) {
s = mid + 1;
} else {
e = mid;
}
}
return {s};
}
int main() {
// Preparing data
int iter = 1000000;
int m = 1000;
uint64_t val[m];
for(int i = 0; i < m;i++) {
val[i] = rand();
}
sort(val,val + m);
uint64_t key = rand();
// Linear search time computation
auto start = std::chrono::system_clock::Now();
for (int i = 0; i < iter; i++) {
linear_search(val,m - 1,key);
}
auto end = std::chrono::system_clock::Now();
auto elapsed_us = std::chrono::duration_cast<us>(end - start);
std::cout << "Linear search: " << m << " values "
<< elapsed_us.count() << "us\n";
// Binary search time computation
start = std::chrono::system_clock::Now();
for (int i = 0; i < iter; i++) {
binary_search(val,key);
}
end = std::chrono::system_clock::Now();
elapsed_us = std::chrono::duration_cast<us>(end - start);
std::cout << "Binary search: " << m <<" values "
<< elapsed_us.count() << "us\n";
}
未优化编译,得到如下输出 -
Linear search: 1000 values 1848621us
Binary search: 1000 values 24975us
当使用 -O3 优化编译时,得到这个输出 -
Linear search: 1000 values 0us
Binary search: 1000 values 13424us
我知道对于小数组大小,二进制搜索可能比线性搜索昂贵,但无法通过添加 -O3 来理解这种差异的原因
解决方法
我使用 https://quick-bench.com 对您的代码进行了基准测试,二进制搜索要快得多(对于 m = 100
,它在 m = 1000
处中断)。这是我的基准代码:
int linear_search(uint64_t* val,int s,int e,uint64_t k) {
while (s < e) {
if (!std::less<uint64_t>()(val[s],k)) {
break;
}
++s;
}
return s;
}
int binary_search(uint64_t* val,uint64_t k) {
while (s != e) {
const int mid = (s + e) >> 1;
if (std::less<uint64_t>()(val[mid],k)) {
s = mid + 1;
} else {
e = mid;
}
}
return s;
}
constexpr int m = 100;
uint64_t val[m];
uint64_t key = rand();
void init() {
static bool isInitialized = false;
if (isInitialized) return;
for(int i = 0; i < m;i++) {
val[i] = rand();
}
std::sort(val,val + m);
isInitialized = true;
}
static void Linear(benchmark::State& state) {
init();
for (auto _ : state) {
int result = linear_search(val,m - 1,key);
benchmark::DoNotOptimize(result);
}
}
BENCHMARK(Linear);
static void Binary(benchmark::State& state) {
init();
for (auto _ : state) {
int result = binary_search(val,key);
benchmark::DoNotOptimize(result);
}
}
BENCHMARK(Binary);
结果:
仅对 for (auto _ : state) {
中的代码进行了基准测试。
编译器设法意识到您的线性搜索是一个空操作(它没有副作用)并将其转换为什么都不做。所以它需要零时间。
要解决这个问题,请考虑获取返回值并将其相加,然后将其打印到计时块之外。