为什么迭代std :: array要比迭代std :: vector快得多？

Question

编者注：
启用优化的后续问题仅启用循环 ：
为什么迭代虽然`std :: vector`比通过`std :: array`迭代更快？
我们可以看到延迟分配页面错误在读取未初始化的BSS内存与在定时循环外部初始化的动态分配+写入内存的影响。

---

我尝试分析这段代码：

#include <vector>
#include <array>
#include <stdio.h>

using namespace std;

constexpr int n = 400'000'000;
//vector<int> v(n);
array<int, n> v;

int main()
{
    int res = 0;
    for(int x : v)
        res += x;
    printf("%d\n", res);
}

在我的机器上， array版本比vector更快。

在这种情况下，内存分配是无关紧要的，因为它只有一次。

$ g++ arrVsVec.cpp -O3
$ time ./a.out
0

real    0m0,445s
user    0m0,203s
sys 0m0,238s

$ g++ arrVsVec.cpp -O3
$ time ./a.out
0

real    0m0,749s
user    0m0,273s
sys 0m0,476s

我发现std::vector的反汇编要复杂得多： https ： //godbolt.org/z/111L5G

Answer 1

关于（ g++ -O2 ）优化的答案：

您没有使用最终结果，因此编译器可以自由地优化整个循环。

这是array情况下发生的情况 。

main:
        xor     eax, eax
        ret

但是vector分配和释放堆内存，这使得优化变得复杂，编译器倾向于安全地使用它并将其保留到位 ：

main:
        xor     eax, eax
        ret
_GLOBAL__sub_I_v:
        sub     rsp, 8
        mov     edi, 400000000
        mov     QWORD PTR v[rip], 0
        mov     QWORD PTR v[rip+8], 0
        mov     QWORD PTR v[rip+16], 0
        call    operator new(unsigned long)
        lea     rdx, [rax+400000000]
        mov     QWORD PTR v[rip], rax
        mov     QWORD PTR v[rip+16], rdx
.L6:
        mov     DWORD PTR [rax], 0
        add     rax, 4
        cmp     rdx, rax
        jne     .L6
        mov     QWORD PTR v[rip+8], rdx
        mov     esi, OFFSET FLAT:v
        mov     edx, OFFSET FLAT:__dso_handle
        mov     edi, OFFSET FLAT:_ZNSt6vectorIiSaIiEED1Ev
        add     rsp, 8
        jmp     __cxa_atexit

这就是为什么在这种特殊情况下array版本更快的原因。 在更现实的应用程序中，差异不会那么显着，并且主要归结为vector情况的堆分配/释放时间。

关于优化的答案（ g++ ）：

没有优化编译的基准测试。

差异可能是由于vector迭代器没有内联。 因此，与数组访问相比，访问调试中的向量元素会产生额外的间接性。

Answer 2

我如何编译：

 g++ arrVsVec.cpp 

为什么迭代std :: array要比迭代std :: vector快得多？

因为您没有启用optimisations编译。

此外，您不会将迭代结果用于任何事情，并且整个计算使用编译时常量输入，因此即使您确实启用了优化，那么循环可能会被优化掉，然后您只会测量动态分配与非动态分配。 提示：执行动态分配比无所事事要慢得多。

所以，得出结论：

• 由于缺乏优化，未经优化的二进制文件很慢; 测量优化的二进制文件
• 如果您打算测量迭代的速度，那么只测量迭代; 不要测量内存分配。
• 更喜欢避免编译时常量输入。
• 使用测量代码的结果，使其无法优化。

Answer 3

您没有使用结果，您正在将向量初始化为零而您没有启用优化。 一旦你这样做：

int main()
{
    unsigned int res = 0;
    for(int &x : v)
        x = rand();

    for(int i = 0; i < 128; ++i) {
        for(int x : v)
            res += (unsigned int)x;
    }
    std::cout << res;
}

时间相同：

Success #stdin #stdout 0.62s 54296KB
-2043861760
Success #stdin #stdout 0.62s 54296KB
-2043861760

编辑：将res类型更改为unsigned int以避免未定义的行为。