应尽可能避免循环的范围

Should range for loop be avoided when possible?

本文关键字：范围 循环 能避免      更新时间：2023-10-16

在我的DirectX程序中，我写了一个循环，它通过std:：string进行迭代，然后我运行了性能分析器，并意识到这个循环消耗了大量的cpu时间。更重要的是，当我运行我的程序时，我有大约1300 FPS。所以我决定对此做点什么，并将基于范围的循环更改为典型的迭代。我的意思是我变了：

for( char c : std_string_name )

至

for(size_t i=0; i<std_string_name.size(); ++i )
{ char c = std_string_name[i]; }

现在我有大约1900 FPS。这不是很奇怪吗？

接下来，我决定在没有任何循环体的情况下测试迭代器本身。下面我放了一个链接到我的测试结果的屏幕截图
str是一个长字符串，aa、bb、cc是时钟中的时间。

void main(){
    for(int i=0;i<10;++i)
        str += str;
    clock_t a, b, c;
    clock_t aa, bb, cc;
    a=clock();
    iter1(str);
    aa = clock() -a ;
    b=clock();
    iter2(str);
    bb=clock()-b;
    c=clock();
    iter3(str);
    cc=clock()-c;
}
void iter1( std::string str ){
    for( char c : str ){
    }
}
void iter2( std::string str ){
    for( char &c : str ){
    }
}
void iter3( std::string str ){
    for( size_t i=0;i<str.length();++i){
        char c = str[i];
    }
}

aa得到7017，bb得到6739，cc得到1130。

为什么for range循环对性能的影响如此之大？你对此怎么看？如果有人感兴趣——当我改变了通过引用而不是通过值传递str时，结果几乎是一样的。

顺便说一句。我使用MSVS 2012

（从注释开始）

基于范围的循环使用迭代器，并且由于额外的调试检查，VC++迭代器在调试模式下往往很慢；一旦进入发布模式，它们就应该归结为指针，所以不应该有性能差异。

此外，您的测试没有意义，因为：

  • 这样的空循环可能只是被优化器优化掉了，所以你只能在未优化的构建中可靠地运行测试——但在未优化构建中，这没有意义，所以测试性能
  • 每个测试只运行一次，并且按特定顺序运行——这可能会提供误导性信息，例如，由于第一个循环中的缓存"预热"（尽管我不认为是这样，因为str刚刚被访问以构建）；为了获得有统计意义的信息，你必须按随机顺序多次重复测试

我接受了您的代码并写下了以下内容：

#include <iostream>
#include <string>
#include <ctime>
int iter1( std::string str ){
    int sum = 0;
    for( char c : str ){
    sum += c;
    }
    return sum;
}
int iter2( std::string str ){
    int sum = 0;
    for( char &c : str ){
    sum += c;
    }
    return sum;
}
int iter3( std::string str ){
    int sum = 0;
    std::string::size_type len = str.length();
    for( size_t i=0;i<len;++i){
        char c = str[i];
    sum += c;
    }
    return sum;
}
int main(){
    std::string str = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
    for(int i=0;i<22;++i)
        str += str;
    clock_t a, b, c;
    clock_t aa, bb, cc;
    int sum = 0;
    a=clock();
    sum += iter1(str);
    aa = clock() -a ;
    b=clock();
    sum += iter2(str);
    bb=clock()-b;
    c=clock();
    sum += iter3(str);
    cc=clock()-c;
    std::cout << "aa=" << aa << " bb=" << bb << " cc=" << cc << " sum=" << sum << std::endl;
}

用g++ -O2 -Wall -std=c++0x iters.cpp（gcc 4.6.3）编译得到以下结果：

aa=320000 bb=320000 cc=380000 sum=1048576000

将优化增加到-O3会产生更大的差异：

aa=190000 bb=170000 cc=450000 sum=1048576000

请注意，Linux中的"时钟"不是很准确，因为它实际上给出了应用程序使用的CPU时间，而应用程序只更新了10ms，所以我不得不让循环变大一点。

很明显，你的断言是错误的，因为第三种变体在这两种情况下都是SLOWEST。我只能得出这样的结论：您正在进行低优化或无优化的基准测试。

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