为什么迭代器调试在调试版本中会降低std :: unordered_map 200x的速度？

Question

我知道代码会慢一点，但为什么这么多呢？ 我如何编码以避免这种减速？

std :: unordered_map在内部使用其他容器，这些容器使用迭代器。 构建调试时，默认情况下_ITERATOR_DEBUG_LEVEL = 2。 这将打开迭代器调试 。 有时我的代码不会受到太大影响，有时它的运行速度非常慢。

我可以通过在项目属性>> C ++ >>预处理器>>预处理器定义中设置_ITERATOR_DEBUG_LEVEL = 0来加速我的示例。 但正如这个链接所暗示的那样，我不能在我的真实项目中这样做。 在我的例子中，我与MSVCMRTD.lib发生冲突，其中包含使用_ITERATOR_DEBUG_LEVEL = 2构建的std :: basic_string。 我知道我可以通过静态链接到CRT解决问题。 但我不愿意，如果我可以修复代码，所以问题不会出现。

我可以做出改善以改善这种情况。 但我只是在尝试解决问题，而不理解它们的工作原理。 例如，前1000个插入件全速工作。 但是如果我将O_BYTE_SIZE更改为1，则第一次插入与其他所有内容一样慢。 这看起来像一个小小的改变（不一定是一个很好的改变。）

这个 ， 这个 ， 这也有所启发，但不回答我的问题。

我正在使用Visual Studio 2010（这是遗留代码。）我创建了一个Win32控制台应用程序并添加了此代码。

Main.cpp的

#include "stdafx.h"


#include "OString.h"
#include "OTHashMap.h"

#include <cstdio>
#include <ctime>
#include <iostream>

// Hash and equal operators for map
class CRhashKey {
public:
   inline unsigned long operator() (const OString* a) const { return a->hash(); }
};

class CReqKey {
public:
    inline bool operator() (const OString& x, const OString& y) const { return strcmp(x.data(),y.data()) != 0; }
    inline bool operator() (const OString* x, const OString& y) const { return operator()(*x,y); }
    inline bool operator() (const OString& x, const OString* y) const { return operator()(x,*y); }
    inline bool operator() (const OString* x, const OString* y) const { return operator()(*x,*y); }
};


int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    const int CR_SIZE = 1020007;

    CRhashKey h;
    OTPtrHashMap2<OString, int, CRhashKey, CReqKey> *code_map = 
        new OTPtrHashMap2 <OString, int, CRhashKey, CReqKey>(h, CR_SIZE);

    const clock_t begin_time = clock();

    for (int i=1; i<=1000000; ++i)
    {
        char key[10];
        sprintf(key, "%d", i);

        code_map->insert(new OString(key), new int(i));

        //// Check hash values
        //OString key2(key);
        //std::cout << i << "\t" << key2.hash() << std::endl;

        // Check timing
        if ((i % 100) == 0)
        {
            std::cout << i << "\t" << float(clock() - begin_time) / CLOCKS_PER_SEC << std::endl;
        }
    }

    std::cout << "Press enter to exit" << std::endl;
    char buf[256];
    std::cin.getline(buf, 256);

    return 0;
}

OTHashMap.h

#pragma once

#include <fstream>
#include <unordered_map>    

template <class K, class T, class H, class EQ>
class OTPtrHashMap2
{
    typedef typename std::unordered_map<K*,T*,H,EQ>                     OTPTRHASHMAP_INTERNAL_CONTAINER;
    typedef typename OTPTRHASHMAP_INTERNAL_CONTAINER::iterator          OTPTRHASHMAP_INTERNAL_ITERATOR;

public:
    OTPtrHashMap2(const H& h, size_t defaultCapacity) : _hashMap(defaultCapacity, h) {}

    bool insert(K* key, T* val)
    {
        std::pair<OTPTRHASHMAP_INTERNAL_ITERATOR,T> retVal = _hashMap.insert(std::make_pair<K*,T*>(key, val));
        return retVal.second != NULL;
    }

    OTPTRHASHMAP_INTERNAL_CONTAINER _hashMap;

private:
};

OString.h

#pragma once

#include <string>

class OString
{
public:
    OString(const std::string& s) : _string (s) { } 
    ~OString(void) {}

    static unsigned hash(const OString& s) { return unsigned (s.hash()); }
    unsigned long hash() const
    {
        unsigned hv = static_cast<unsigned>(length());
        size_t i = length() * sizeof(char) / sizeof(unsigned);
        const char * p = data();
        while (i--) {
            unsigned tmp;
            memcpy(&tmp, p, sizeof(unsigned));
            hashmash(hv, tmp);
            p = p + sizeof(unsigned);
        } 
        if ((i = length() * sizeof(char) % sizeof(unsigned)) != 0)  {
            unsigned h = 0;
            const char* c = reinterpret_cast<const char*>(p);
            while (i--)
            {
                h = ((h << O_BYTE_SIZE*sizeof(char)) | *c++);
            }
            hashmash(hv, h);
        }
        return hv; 
    }

    const char* data() const { return _string.c_str(); }
    size_t length() const    { return _string.length(); }


private:
    std::string _string;

    //static const unsigned O_BYTE_SIZE = 1;
    static const unsigned O_BYTE_SIZE = 8;
    static const unsigned O_CHASH_SHIFT = 5;

    inline void hashmash(unsigned& hash, unsigned chars) const
    {
        hash = (chars ^
                ((hash << O_CHASH_SHIFT) |
                 (hash >> (O_BYTE_SIZE*sizeof(unsigned) - O_CHASH_SHIFT))));
    }
};

Answer 1

我找到了足够的答案。 碰撞是减速的根源。

编辑2 ： - 另一个解决方法是在main.cpp中的#include周围添加它 -

// Iterator debug checking makes the Microsoft implementation of std containers 
// *very* slow in debug builds for large containers. It must only be undefed around 
// STL includes. Otherwise we get linker errors from the debug C runtime library, 
// which was built with _ITERATOR_DEBUG_LEVEL set to 2. 
#ifdef _DEBUG
#undef _ITERATOR_DEBUG_LEVEL
#endif

#include <unordered_map>

#ifdef _DEBUG
#define _ITERATOR_DEBUG_LEVEL 2
#endif

编辑 ： - 修复程序切换到boost :: unordered_map。 -

std :: unordered_map在<unordered_map>中定义。 它继承自_Hash，在<xhash>中定义。

_Hash包含这个（高度缩写）

template<...> 
class _Hash
{
    typedef list<typename _Traits::value_type, ...> _Mylist;
    typedef vector<iterator, ... > _Myvec;

    _Mylist _List;  // list of elements, must initialize before _Vec
    _Myvec _Vec;    // vector of list iterators, begin() then end()-1
};

所有值都存储在_List中。

_Vec是_List中迭代器的向量。 它将_List分为多个桶。 _Vec有一个到每个桶的开头和结尾的迭代器。 因此，如果映射具有1M桶（不同的键哈希），则_Vec具有2M迭代器。

将键/值对插入映射时，通常会创建一个新存储桶。 该值将被推送到列表的开头。 密钥的哈希是_Vec中放置两个新迭代器的位置。 这很快，因为它们指向列表的开头。

如果存储桶已存在，则必须在_List中的现有值旁边插入新值。 这需要在列表中间插入一个项目。 必须更新现有迭代器。 显然，在启用迭代器调试时，这需要大量工作。 代码在<list>中，但我没有单步执行它。

---

为了了解工作量，我使用了一些使用起来很糟糕的无意义哈希函数，但在插入时会产生大量碰撞或几次碰撞。

添加到OString.h

static unsigned hv2;

// Never collides. Always uses the next int as the hash
unsigned long hash2() const
{
    return ++hv2;
}

// Almost never collides. Almost always gets the next int. 
// Gets the same int 1 in 200 times. 
unsigned long hash3() const
{
    ++hv2;
    unsigned long lv = (hv2*200UL)/201UL;
    return (unsigned)lv;
}

// A best practice hash
unsigned long hash4() const
{
    std::hash<std::string> hasher;
    return hasher(_string);
}

// Always collides. Everything into bucket 0. 
unsigned long hash5() const
{
    return 0;
}

添加到main.cpp

// Hash and equal operators for map
class CRhashKey {
public:
   //inline unsigned long operator() (const OString* a) const { return a->hash(); }
   //inline unsigned long operator() (const OString* a) const { return a->hash2(); }
   //inline unsigned long operator() (const OString* a) const { return a->hash3(); }
   //inline unsigned long operator() (const OString* a) const { return a->hash4(); }
   inline unsigned long operator() (const OString* a) const { return a->hash5(); }
};

unsigned OString::hv2 = 0;

结果是戏剧性的。 没有现实的哈希值可行。

• hash2 - 永不碰撞 - 在15.3秒内插入1M次
• hash3 - 几乎从不 - 在206秒内插入1M
• hash4 - 最佳实践 - 在132秒内插入100k，随着碰撞变得更频繁而变慢。 1M插入需要> 1小时
• hash5 - 始终发生冲突 - 在48秒内插入1k，或在~13小时内插入1M次插入

我的选择是

• 正如Retired Ninja建议的那样，发布构建，调试符号，优化
• 静态链接到MSVCMRTD所以我可以关闭_ITERATOR_DEBUG_LEVEL。 还解决了一些其他类似的问题。
• 从unordered_map更改为已排序的向量。
• 还有别的。 建议欢迎。