C ++中的向量和數組

Question

已經廣泛討論了C ++向量和普通數組之間的性能差異，例如這里和這里 。 通常討論得出結論，當使用[]運算符訪問時，向量和數組在性能方面類似，並且編譯器啟用了內聯函數。 這就是預期的原因，但我遇到的情況似乎並非如此。 以下幾行的功能非常簡單：采用3D體積，交換並應用某種3D小面具一定次數。 根據VERSION宏，卷將被聲明為向量並通過at運算符（ VERSION=2 ）訪問，聲明為向量並通過[] （ VERSION=1 ）訪問或聲明為簡單數組。

#include <vector>
#define NX 100
#define NY 100
#define NZ 100
#define H  1
#define C0 1.5f
#define C1 0.25f
#define T 3000

#if !defined(VERSION) || VERSION > 2 || VERSION < 0 
  #error "Bad version"
#endif 

#if VERSION == 2
  #define AT(_a_,_b_) (_a_.at(_b_))
  typedef std::vector<float> Field;
#endif 

#if VERSION == 1
  #define AT(_a_,_b_) (_a_[_b_])
  typedef std::vector<float> Field;
#endif 

#if VERSION == 0
  #define AT(_a_,_b_) (_a_[_b_])
  typedef float* Field;
#endif 

#include <iostream>
#include <omp.h>

int main(void) {

#if VERSION != 0 
  Field img(NX*NY*NY);
#else
  Field img = new float[NX*NY*NY];
#endif 


  double end, begin;
  begin = omp_get_wtime();  

  const int csize = NZ;
  const int psize = NZ * NX;
  for(int t  = 0; t < T; t++ ) {

    /* Swap the 3D volume and apply the "blurring" coefficients */
    #pragma omp parallel for
    for(int j = H; j < NY-H; j++ ) { 
      for( int i = H; i < NX-H; i++ ) {
        for( int k = H; k < NZ-H; k++ ) {
          int eindex = k+i*NZ+j*NX*NZ;
          AT(img,eindex) = C0 * AT(img,eindex) +
              C1 * (AT(img,eindex - csize) +
                    AT(img,eindex + csize) + 
                    AT(img,eindex - psize) + 
                    AT(img,eindex + psize) );
        }
      }
    }
  }

  end = omp_get_wtime();
  std::cout << "Elapsed "<< (end-begin) <<" s." << std::endl;

 /* Access img field so we force it to be deleted after accouting time */
 #define WHATEVER 12.f
 if( img[ NZ ] == WHATEVER ) { 
   std::cout << "Whatever" << std::endl;
 }


#if VERSION == 0
  delete[] img;
#endif 

}

可以預期代碼將執行相同的VERSION=1和VERSION=0 ，但輸出如下：

• 版本2：經過了6.94905秒。
• 版本1：經過4.08626秒
• 版本0：經歷了1.97576秒。

如果我在沒有OMP的情況下編譯（我只有兩個核心），我會得到類似的結果：

• 版本2：經過10.9895秒。
• 版本1：經過7.14674秒
• 版本0：經過3.25336秒。

我總是使用GCC 4.6.3和編譯選項-fopenmp -finline-functions -O3進行編譯（我當然在沒有omp的情況下編譯時刪除了-fopenmp ）我做錯了什么，例如編譯時？ 或者我們真的應該期待向量和數組之間的差異嗎？

PS：我不能使用std :: array，因為我依賴的編譯器不支持C11標准。 使用ICC 13.1.2，我得到了類似的行為。

Answer 1

我嘗試了你的代碼，用chrono來計算時間。

我用clang（版本3.5）和libc ++編譯。

clang ++ test.cc -std = c ++ 1y -stdlib = libc ++ -lc ++ abi -finline-functions -O3

對於VERSION 0和VERSION 1，結果完全相同，沒有太大區別。 它們平均為3.4秒（我使用的是虛擬機，因此速度較慢）。

然后我嘗試了g ++（版本4.8.1），

g ++ test.cc -std = c ++ 1y -finline-functions -O3

結果顯示，對於VERSION 0，它是4.4秒（粗略地），對於VERSION 1，它是5.2秒（粗略地）。

然后我用libstdc ++嘗試了clang ++。

clang ++ test.cc -std = c ++ 11 -finline-functions -O3

瞧，結果又回到了3.4秒。

所以，它純粹是g ++的優化“bug”。