堆栈内存溢出
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C ++数组与std :: vector和std :: array的效率

[英]efficiency of c++ arrays vs std::vector and std::array

 原文  2016-03-12 06:21:40  3   3    c++/ arrays/ vector

问题描述

我比较了如下分配1d数组或2d数组的不同类型。 我发现使用new运算符效率更高，也许std :: arrary和std :: vector是对象，它们是通用且安全的，但是会花费更多时间吗？ 此外，我不知道为什么调用新的外部函数比内部函数更有效？ 

#include <iostream>
#include <vector>
#include <array>
#include <ctime>


void test1 () {
int *arr = new int[10000];

for (int i=0; i<10000; ++i) {
    arr[i] = 3;
}

for (int i=0; i<10000; ++i) {
    int a = arr[i];
}
delete arr;
}

void test11 () {
int **arr = new int*[100];
for (int i=0; i<100; ++i) {
    arr[i] = new int[100];
}

for (int i=0; i<100; ++i) {
    for (int j=0; j<100; ++j) {
        arr[i][j] = 3;
    }
}

for (int i=0; i<100; ++i) {
    for (int j=0; j<100; ++j) {
        int a = arr[i][j];
    }
}

delete [] arr;
}


void test2() {
std::vector<int> arr(10000);

for (int i=0; i<10000; ++i) {
    arr[i] = 3;
}

for (int i=0; i<10000; ++i) {
     int a = arr[i];
}
}

void test22() {
std::vector<std::vector<int> > arr(100, std::vector<int>(100));

for (int i=0; i<100; ++i) {
    for (int j=0; j<100; ++j) {
        arr[i][j] = 3;
    }
}

for (int i=0; i<100; ++i) {
    for (int j=0; j<100; ++j) {
        int a = arr[i][j];
    }
}
}



void test3(int *arr, int n) {
for (int i=0; i<n; ++i) {
    arr[i] = 3;
}
for (int i=0; i<n; ++i) {
     int a = arr[i];
}
}

void test33(int **arr, int m, int n) {
for (int i=0; i<m; ++i) {
    for (int j=0; j<n; ++j) {
        arr[i][j] = 3;
    }
}

for (int i=0; i<m; ++i) {
    for (int j=0; j<n; ++j) {
        int a = arr[i][j];
    }
}

}

void test4() {
std::array<int, 10000> arr;
for (int i=0; i<10000; ++i) {
    arr[i] = 3;
}
for (int i=0; i<10000; ++i) {
     int a = arr[i];
}
}

void test44() {
std::array<std::array<int, 100>, 100> arr;
for (int i=0; i<100; ++i) {
    for (int j=0; j<100; ++j) {
         arr[i][j] = 3;
    }
}
for (int i=0; i<100; ++i) {
    for (int j=0; j<100; ++j)
     int a = arr[i][j];
}
}


int main() {
clock_t start, end;
start = clock();
for (int i=0; i<1000; ++i) {
    test1();
}
end = clock();
std::cout << (double)(end - start) * 1000.0 / CLOCKS_PER_SEC << " ms" << std::endl;

start = clock();
for (int i=0; i<1000; ++i) {
    test11();
}
end = clock();
std::cout << (double)(end - start) * 1000.0 / CLOCKS_PER_SEC << " ms" << std::endl;

start = clock();
for (int i=0; i<1000; ++i) {
    test2();
}
end = clock();
std::cout << (double)(end - start) * 1000.0 / CLOCKS_PER_SEC << " ms" << std::endl;

start = clock();
for (int i=0; i<1000; ++i) {
    test22();
}
end = clock();
std::cout << (double)(end - start) * 1000.0 / CLOCKS_PER_SEC << " ms" << std::endl;

start = clock();
for (int i=0; i<1000; ++i) {
    int *arr = new int[10000];
    test3(arr, 10000);
    delete arr;
}
end = clock();
std::cout << (double)(end - start) * 1000.0 / CLOCKS_PER_SEC << " ms" << std::endl;

start = clock();
int **arr = new int*[100];
for (int i=0; i<100; ++i) {
    arr[i] = new int[100];
}

for (int i=0; i<1000; ++i) {
    test33(arr, 100, 100);
}
delete [] arr;
end = clock();
std::cout << (double)(end - start) * 1000.0 / CLOCKS_PER_SEC << " ms" << std::endl;

start = clock();
for (int i=0; i<1000; ++i) {
    test4();
}
end = clock();
std::cout << (double)(end - start) * 1000.0 / CLOCKS_PER_SEC << " ms" << std::endl;

start = clock();
for (int i=0; i<1000; ++i) {
    test44();
}
end = clock();
std::cout << (double)(end - start) * 1000.0 / CLOCKS_PER_SEC << " ms" << std::endl;

}

输出为： 

90 ms
80 ms
70 ms
120 ms
50 ms
40 ms
100 ms
190 ms

感谢您的帮助，也许我没有正确描述我的问题，我编写了一个将被多次调用的函数，此函数是一个新数组，然后将其删除： 

void fun() {
   int *arr = new int[10000]; //maybe very big
   //todo something else
   delete arr; 
}

有人告诉我这不是很有效，因为它每次都需要新建和删除，现在我有两个问题：

1.内存管理的正确方法是什么？ 

int *arr = new int[]; delete arr;
int **arr = new int*[]; delete [] arr;

错误？ 也许像这样： 

for (int i=0; i<n; ++i){
  delete [] arr;
}
delete arr;

2.我编写此函数的最佳方法是什么

3 个解决方案

解决方案1
 1  2016-03-12 06:35:57

我认为您的测试不正确。 也许您正在调试模式下运行？ 我看不出有什么方法可以使test11（）比test1（）更快（即使它没有释放所有内存）。

此外，在上述许多情况下，发布模式编译器会优化您的代码，因为它实际上不执行任何操作： 

for (int i=0; i<100; ++i) {
    for (int j=0; j<100; ++j) {
        int a = arr[i][j];
    }
}

任何编译器都几乎可以肯定会消除这种情况，因为未使用'a'，这意味着不会再使用'i'和'j'。 

for (int i=0; i<100; ++i) {
    for (int j=0; j<100; ++j) {
        arr[i][j] = 3;
    }
}

一些编译器甚至可能足以消除该代码，因为不再需要再次读取内存，但很可能不会。

我建议不要担心vector与new int []的性能开销。 在调试模式下，在发布模式下，您将获得免费的调试辅助工具（边界检查），只要您不调用抛出超出范围的函数，就实际目的而言，这些代码在性能上将基本相同。 另外，您不必担心内存管理（test1（）和test11（）都不完全正确）。

解决方案2
 1  2016-03-12 17:53:59

让我们做一些工作来改进测试，并通过正确使用它来给标准库一个机会…… 

#include <iostream>
#include <vector>
#include <array>
#include <ctime>
#include <memory>
#include <algorithm>
#include <iterator>

void test1 () {
    auto arr = std::make_unique<int[]>(10000);
    std::fill(arr.get(), arr.get() + 10000, 3);

    for (int i=0; i<10000; ++i) {
        int a = arr[i];
    }
}

void test11 () {
    auto arr = std::make_unique<std::unique_ptr<int[]>[]>(100);
    for (auto i = 0 ; i < 100 ; ++i) {
        arr[i] = std::make_unique<int[]>(100);
    }

    for (int i=0; i<100; ++i) {
        for (int j=0; j<100; ++j) {
            arr[i][j] = 3;
        }
    }

    for (int i=0; i<100; ++i) {
        for (int j=0; j<100; ++j) {
            int a = arr[i][j];
        }
    }

}


void test2() {
    std::vector<int> arr(10000);
    std::fill(std::begin(arr), std::end(arr), 3);

    for (int i=0; i<10000; ++i) {
        int a = arr[i];
    }
}

void test22() {
    std::vector<std::vector<int> > arr(100, std::vector<int>(100));
    std::for_each(begin(arr),
                  end(arr),
                  [](auto& inner) {
                      std::fill(std::begin(inner), std::end(inner), 3);
                  });

    for (int i=0; i<100; ++i) {
        for (int j=0; j<100; ++j) {
            int a = arr[i][j];
        }
    }
}



void test3(int *arr, int n) {
    std::fill(arr, arr + n, 3);

    for (int i=0; i<n; ++i) {
        int a = arr[i];
    }
}

void test33(const std::unique_ptr<std::unique_ptr<int[]>[]>& arr, int m, int n) {
    for (int i=0; i<m; ++i) {
        for (int j=0; j<n; ++j) {
            arr[i][j] = 3;
        }
    }

    for (int i=0; i<m; ++i) {
        for (int j=0; j<n; ++j) {
            int a = arr[i][j];
        }
    }

}

void test4() {
    std::array<int, 10000> arr;
    std::fill(std::begin(arr), std::end(arr), 3);

    for (int i=0; i<10000; ++i) {
        int a = arr[i];
    }
}

void test44() {
    std::array<std::array<int, 100>, 100> arr;
    std::for_each(begin(arr),
                  end(arr),
                  [](auto& inner) {
                      std::fill(std::begin(inner), std::end(inner), 3);
                  });

    for (int i=0; i<100; ++i) {
        for (int j=0; j<100; ++j)
            int a = arr[i][j];
    }
}


int main() {
    clock_t start, end;
    start = clock();
    for (int i=0; i<1000; ++i) {
        test1();
    }
    end = clock();
    std::cout << "test 1 " << (double)(end - start) * 1000.0 / CLOCKS_PER_SEC << " ms" << std::endl;

    start = clock();
    for (int i=0; i<1000; ++i) {
        test11();
    }
    end = clock();
    std::cout << "test 11 " << (double)(end - start) * 1000.0 / CLOCKS_PER_SEC << " ms" << std::endl;

    start = clock();
    for (int i=0; i<1000; ++i) {
        test2();
    }
    end = clock();
    std::cout << "test 2 " << (double)(end - start) * 1000.0 / CLOCKS_PER_SEC << " ms" << std::endl;

    start = clock();
    for (int i=0; i<1000; ++i) {
        test22();
    }
    end = clock();
    std::cout << "test 22 " << (double)(end - start) * 1000.0 / CLOCKS_PER_SEC << " ms" << std::endl;

    start = clock();
    for (int i=0; i<1000; ++i) {
        int *arr = new int[10000];
        test3(arr, 10000);
        delete [] arr;
    }
    end = clock();
    std::cout << "test 3 " << (double)(end - start) * 1000.0 / CLOCKS_PER_SEC << " ms" << std::endl;

    start = clock();
    auto arr = std::make_unique<std::unique_ptr<int[]>[]>(100);
    for (auto i = 0 ; i < 100 ; ++i) {
        arr[i] = std::make_unique<int[]>(100);
    }

    for (int i=0; i<1000; ++i) {
        test33(arr, 100, 100);
    }
    arr.reset();

    end = clock();
    std::cout << "test 33 " << (double)(end - start) * 1000.0 / CLOCKS_PER_SEC << " ms" << std::endl;

    start = clock();
    for (int i=0; i<1000; ++i) {
        test4();
    }
    end = clock();
    std::cout << "test 4 " << (double)(end - start) * 1000.0 / CLOCKS_PER_SEC << " ms" << std::endl;

    start = clock();
    for (int i=0; i<1000; ++i) {
        test44();
    }
    end = clock();
    std::cout << "test 44 " << (double)(end - start) * 1000.0 / CLOCKS_PER_SEC << " ms" << std::endl;

}

-O2编译时在我的计算机上的结果： 

test 1 0.002 ms
test 11 13.506 ms
test 2 2.753 ms
test 22 13.738 ms
test 3 1.42 ms
test 33 1.552 ms
test 4 0 ms
test 44 0 ms

我们还要注意，数组是“小”的，并且正在重复分配和释放。 如果您可以重新使用缓冲区，则时序差异将完全消失。

还要注意：test33速度很快，因为它从不重新分配内存-您正在重新使用缓冲区。

解决方案3
 0  2016-03-12 07:13:20

在纯C数组上运行时，编译器能够识别出解开循环的机会，从而节省了少量的迭代开销。 可能（不太可能）编译器不会优化STL容器的访问循环，因为它不知道STL容器是否修改任何成员变量。

关于test11为何优于test1的最佳猜测是，它交织了外部循环的多个迭代（利用现代x86 / x64处理器超标量这一事实），即IE： 

for(int j = 0; j < 100; ++j)
{
    for(int i = 0; i < 100; i+=4)
    {
        arr[i][j] = 3;
        arr[i+1][j] = 3;
        arr[i+2][j] = 3;
        arr[i+4][j] = 3;
    }
}

或完全其他的东西。 编译器可以执行一些非常复杂的循环转换，以获取每一点性能。

暂无
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