boost :: dynamic_bitset比std :: bitset慢，除非重置std :: bitset

Question

我最近遇到了位集模板，並非常想在我的當前項目中使用它們。 繼續閱讀，我看到std::bitset模板必須具有在編譯時確定的大小。 許多人建議使用boost::dynamic_bitset減輕此要求。

為了比較兩者，我決定對set ， flip和count方法進行速度比較。

結果很奇怪……我想知道是否有人可以為我闡明一下。

代碼在帖子的結尾，但是我將在這里解釋我在做什么。 我有一個std::bitset對象（稱為bs ）和一個boost::dynamic_bitset對象（稱為dynbs ）。 每個都有n=1000000位。 對於上面給定的方法，依次對n位中的每個位調用該方法，並重復此R=10000次。

使用std::chrono庫，以下是每個std::chrono的時間（以納秒為單位）：

set
        bitset:              267 nsecs
    dyn bitset:      18603174546 nsecs

flip
        bitset:               73 nsecs
    dyn bitset:      18842352867 nsecs

count
        bitset:               77 nsecs
    dyn bitset:               51 nsecs

對於set和flip ， boost::dynamic_bitset似乎要慢得多。

更有趣的是，如果在運行這些測試之前在兩個對象上調用了reset方法，那么時間是可比的。 他們來了：

set
        bitset:      19397779399 nsecs
    dyn bitset:      18472863864 nsecs

flip
        bitset:      18599248629 nsecs
    dyn bitset:      18376267939 nsecs

count
        bitset:               68 nsecs
    dyn bitset:               61 nsecs

現在，兩個容器都聲稱將所有位初始化為0 ，因此調用reset不應更改任何位。 reset前后none轉儲none的輸出會確認這一點。

所以畢竟，我有兩個問題：

1）為什么在調用set和flip時boost::dynamic_bitset比std::bitset慢得多？

2）為什么調用reset對std::bitset的速度有巨大的負面影響？

這是我的代碼：

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <bitset>
#include <boost/dynamic_bitset.hpp>
#include <vector>
#include <chrono>
#include <ctime>

using namespace std;
using namespace chrono;
using namespace boost;

int main(){
  const unsigned int n=1000000;
  bitset< n > bs;
  dynamic_bitset< > dynbs(n);
  // bs.reset();
  // dynbs.reset();

  unsigned int i,r,R=10000;
  high_resolution_clock::time_point tick,tock;


  ////////////////////////////////////////////////////////////
  // Method: set

  std::cout << "set" << std::endl;

  tick=high_resolution_clock::now();

  for(r=0; r<R; r++)
    for(i=0; i<n; i++)
      bs.set(i);

  tock=high_resolution_clock::now();
  cout << setw(16) << "bitset: " 
       << setw(16) << duration_cast<nanoseconds>(tock-tick).count() << " nsecs" 
       << std::endl;

  tick=high_resolution_clock::now();

  for(r=0; r<R; r++)
    for(i=0; i<n; i++)
      dynbs.set(i);

  tock=high_resolution_clock::now();
  cout << setw(16) << "dyn bitset: " 
       << setw(16) << duration_cast<nanoseconds>(tock-tick).count() << " nsecs"
       << std::endl << std::endl;


  ////////////////////////////////////////////////////////////
  // Method: flip

  std::cout << "flip" << std::endl;

  tick=high_resolution_clock::now();

  for(r=0; r<R; r++)
    for(i=0; i<n; i++)
      bs.flip(i);

  tock=high_resolution_clock::now();
  cout << setw(16) << "bitset: " 
       << setw(16) << duration_cast<nanoseconds>(tock-tick).count() << " nsecs"
       << std::endl;

  tick=high_resolution_clock::now();

  for(r=0; r<R; r++)
    for(i=0; i<n; i++)
      dynbs.flip(i);

  tock=high_resolution_clock::now();
  cout << setw(16) << "dyn bitset: " 
       << setw(16) << duration_cast<nanoseconds>(tock-tick).count() << " nsecs"
       << std::endl << std::endl;


  ////////////////////////////////////////////////////////////
  // Method: count

  std::cout << "count" << std::endl;

  tick=high_resolution_clock::now();

  for(r=0; r<R; r++)
    for(i=0; i<n; i++)
      bs.count();

  tock=high_resolution_clock::now();
  cout << setw(16) << "bitset: " 
       << setw(16) << duration_cast<nanoseconds>(tock-tick).count() << " nsecs"
       << std::endl;

  tick=high_resolution_clock::now();

  for(r=0; r<R; r++)
    for(i=0; i<n; i++)
      dynbs.count();

  tock=high_resolution_clock::now();
  cout << setw(16) << "dyn bitset: " 
       << setw(16) << duration_cast<nanoseconds>(tock-tick).count() << " nsecs"
       << std::endl;


  return 0;
}

我用

g++ -O3 -std=c++11 bitset.cpp -o bitset

其中bitset.cpp是上面插入的代碼。

Answer 1

1）為什么在調用set和flip時boost::dynamic_bitset比std::bitset慢得多？

由於std::bitset不使用動態分配，並且您的bitset是局部變量，因此編譯器可以輕松確定所有set和flip以及count都沒有外部可見的效果。 結果，它優化了它們 ，並且您的代碼基本上最終成為一堆計時和打印調用。

請注意，在上述程序集中，它甚至沒有為該位集分配堆棧空間。 整個事情基本上消失了無影無蹤。

boost::dynamic_bitset用new動態分配其緩沖區，最終調用::operator new() ，后者可以是在不同轉換單元中定義的任意重載版本。 因此，對於編譯器來說，很難證明返回的緩沖區的更改在外部不可見。

std::bitset和boost::dynamic_bitset count循環都已優化，因為編譯器可以輕松地看到count()不會更改位集中的任何內容，並且您不使用返回值。

2）為什么調用reset對std :: bitset的速度有巨大的負面影響？

我檢查了GCC中reset的源代碼，它調用了編譯器固有的__builtin_memset ，並向其傳遞了指向緩沖區的指針。 當您將指向堆棧變量的指針傳遞給外部函數時，編譯器在可刪除內容方面受到了更大的限制，因為該變量的更改現在可以從外部觀察到（例如，調用的函數可能已經存儲了一個副本）。某個地方的指針，以后便可以窺視它）。

Answer 2

好吧，看來TC有了解釋。

您對位集的所有設置和翻轉（和計數）都已完全優化。

匯編代碼提供了一個鏈接來顯示此內容： 匯編代碼

通過從三種不同方法返回值並將它們添加到其他變量中，就成功了，現在看來似乎是一場公平的戰斗（如TC所建議）。