为什么std :: vector :: operator []比std :: vector :: at（）快5到10倍？

Question

在程序优化期间，尝试优化迭代遍历向量的循环，我发现以下事实：:: std :: vector :: at（）比operator []快得多！

在发布和调试版本（VS2008 x86）中，operator []比at（）快5到10倍 。

在网上读了一下让我意识到at（）有边界检查。 好的，但是，将操作放慢了10倍？！

有什么理由吗？ 我的意思是，边界检查是一个简单的数字比较，还是我错过了什么？
问题是这种性能受损的真正原因是什么？
更进一步， 有没有办法让它更快 ？

我肯定会在其他代码部分（我已经有自定义边界检查！）中将所有at（）调用与[]交换。

概念证明：

#define _WIN32_WINNT 0x0400
#define WIN32_LEAN_AND_MEAN
#include <windows.h>

#include <conio.h>

#include <vector>

#define ELEMENTS_IN_VECTOR  1000000

int main()
{
    __int64 freq, start, end, diff_Result;
    if(!::QueryPerformanceFrequency((LARGE_INTEGER*)&freq))
        throw "Not supported!";
    freq /= 1000000; // microseconds!

    ::std::vector<int> vec;
    vec.reserve(ELEMENTS_IN_VECTOR);
    for(int i = 0; i < ELEMENTS_IN_VECTOR; i++)
        vec.push_back(i);

    int xyz = 0;

    printf("Press any key to start!");
    _getch();
    printf(" Running speed test..\n");

    { // at()
        ::QueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER*)&start);
        for(int i = 0; i < ELEMENTS_IN_VECTOR; i++)
            xyz += vec.at(i);
        ::QueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER*)&end);
        diff_Result = (end - start) / freq;
    }
    printf("Result\t\t: %u\n\n", diff_Result);

    printf("Press any key to start!");
    _getch();
    printf(" Running speed test..\n");

    { // operator []
        ::QueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER*)&start);
        for(int i = 0; i < ELEMENTS_IN_VECTOR; i++)
            xyz -= vec[i];
        ::QueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER*)&end);
        diff_Result = (end - start) / freq;
    }

    printf("Result\t\t: %u\n", diff_Result);
    _getch();
    return xyz;
}

编辑：
现在该值被赋予“xyz”，因此编译器不会“擦除”它。

Answer 1

原因是可以使用单个处理器指令完成未经检查的访问。 检查访问还必须从内存加载大小，将其与索引进行比较，并（假设它在范围内）跳过条件分支到错误处理程序。 可能会有更多的事情来处理抛出异常的可能性。 这将慢很多倍，这正是您有两个选择的原因。

如果您可以在没有运行时检查的情况下证明索引在范围内，则使用operator[] 。 否则，请使用at() ，或在访问前添加自己的检查。 operator[]应该或多或少尽可能快，但如果索引无效则会乱码。

Answer 2

我在我的机器上运行了测试代码：

在未优化的调试版本中，两个循环之间的差异是微不足道的。

在优化的发布版本中，第二个for循环完全被优化（对operator[]的调用可能是内联的，优化器可以看到循环什么也不做，可以删除整个循环）。

如果我改变循环的主体来做一些实际的工作，例如， vec.at(i)++; 和vec[i]++; 分别是两个循环之间的差异是微不足道的。

我看不到你看到的五到十倍的性能差异。

Answer 3

你没有对返回值做任何事情，所以如果编译器内联这些函数，它可以完全优化它们。 或许它可以完全优化掉下标（ [] ）版本。 从性能测量的角度来看，没有优化的运行是没有用的，你需要的是一些简单但有用的程序来运用这些功能，这样它们就不会被优化掉。 例如，您可以随机播放矢量（随机交换50000对元素）。