在C ++中复制2D向量一维的最快方法

Question

我有一个二维向量，即时通讯用于复杂的数字。 例如：

vector<vector<double>> Complex;
vector<double> ComplexNumber;
ComplexNumber.push_back(5);  // real part
ComplexNumber.push_back(-4); // imag part
Complex.push_back(ComplexNumber); // Complex[i][0] - real part, [i][1] - imag

在我的代码深处，我需要将我的Complex向量的一部分拉到其他部分。 像是从某个变量（1D向量）的索引10到18实数部分复制，并从其他变量（1D向量）的索引10到18 imag部分复制。 目前，我使用for周期来执行此操作：

for (int j=0; j<=Samples; j++)
{
  refRealSignal[j] = ReferenseComplexSignalsSampled[(i*SignalSampleIndex)+j][0] ;
  refImagSignal[j] = ReferenseComplexSignalsSampled[(i*SignalSampleIndex)+j][1] ;
}

如探查器所示，此代码是整个程序的瓶颈。 有什么办法可以改善吗？

小更新： “样本”变量的int为8到20，通常为8。变量i来自外部for循环。

重大更新：因此，我推出了2D矢量并用complex类重写了所有内容。 我也以“ for”周期重写了mul操作。 我不知道为什么，但复制complex.imag需要更多的时间（多由2），然后从complex.real一部分。 之后，所有代码的性能从一个样本的〜5 ms增加到一个样本的〜1.8 ms。 （在我重写mul操作并重写整个周期后2.5毫秒，这是一个非常有用的建议，非常感谢）

Answer 1

如果Samples很大，则可以保存一些有关i乘法。 所以改变这个：

for (int j=0; j<=Samples; j++)
{
  refRealSignal[j] = ReferenseComplexSignalsSampled[(i*SignalSampleIndex)+j][0] ;
  refImagSignal[j] = ReferenseComplexSignalsSampled[(i*SignalSampleIndex)+j][1] ;
}

对此：

int index;
for(i = ..) {                    // assuming your code has a for loop for i
  index = i*SignalSampleIndex;
  for (int j=0; j<=Samples; ++j) // change the ++ as pre-fix
  {
    refRealSignal[j] = ReferenseComplexSignalsSampled[index+j][0] ;
    refImagSignal[j] = ReferenseComplexSignalsSampled[index+j][1] ;
  }
}

这样，您将执行1乘法，而不是2 * Samples ，就像luk32注意到的那样。

如评论中所述，另一种方法可以使用一个类来表示您的复数。 STL为此提供了一个类： std::complex 。

然后，您将拥有一个类型为std::complex的vector ，该vector将使您的数据更加健壮，这可能会改善locality ，并应利用caching 。

您可以执行以下操作：

#include <iostream>     // std::cout
#include <complex>      // std::complex, std::real
#include <vector>   // std::vector

int main ()
{
  std::vector<std::complex<double> >complex;

  // if you know the amount of your numbers,
  // use a reserve(). Assuming you will insert
  // 100000 numbers, the code would be
  complex.reserve(100000);

  for(int i = 0; i < 100000; ++i)
      complex[i] = {0.1, 0.2};

  std::cout << "Real part of 1st element: " << std::real(complex[0]) << '\n';

  return 0;
}

[编辑]

乘法问题可以由编译器通过使用优化标志来执行。 使用优化标志编译代码时，请确保对代码进行概要分析。

提示 ：

通常，如果某个节使您的程序变慢，则有两种方法：（1）加快该节的速度，或（2）找到一种减少执行该节的方法。

（归功于Psyduck，又名Mooling鸭子）

在您的情况下，您可以尝试上面我建议的方法，以使您的代码更快，但是，如果您再考虑一下逻辑并避免/减少了复制的时间，则性能会得到提高。

Answer 2

对复数使用std::vector<double>是一个巨大的错误。 性能。 为什么？ 有几个原因：

• 分配需要永远。 典型值在200 ns以上。

• 内存分配在堆上。 在空间方面的开销是巨大的。

  • 内存分配器中的典型开销：两个指针，即8或16个字节，具体取决于您的体系结构。

  • std::vector<>本身的开销：两个指针，另外8或16个字节。

  • std::vector<>过度分配：典型的实现永远不会只为两个元素分配内存。 我估计此开销至少为六个元素（最少分配八个元素）。 这将导致48字节的开销。

  因此，您最终使用了大约80个字节来存储适合16的内容。

  这很重要，因为这意味着您的缓存/内存总线必须完成五倍的工作！

• 内存分配在堆上。 这意味着您的复数可能会分散。 这是对缓存效率的又一打击。

如果想提高速度，请使用带有两个元素的数组（使用C样式数组或C ++ std::array<>都没关系），或者将复杂类型定义为普通的旧数据struct 。 这三个选项均具有相同的内存布局，因此性能应相同。 但是我更喜欢使用struct方法，因为它允许您重载运算符，这对复数，向量，四元数等数学类型非常有用。