为什么std::vector可能比原始动态分配的数组快?

Why might std::vector be faster than a raw dynamically allocated array?

本文关键字：动态分配 数组 原始 std vector 为什么      更新时间：2023-10-16

与同事讨论的结果，我最终编写了测试std::vector与原始动态分配数组的基准测试，并以一个惊喜结束。

我的测试如下: 
#include "testconsts.h" // defines NUM_INTS across all tests
#include <vector>
int main()
{
    const int numInts = NUM_INTS;
    std::vector<int>                     intVector( numInts );
    int * const                          intArray       = new int[ numInts ];
    ++intVector[0]; // force access to affect optimization
    ++intArray[0];  // force access to affect optimization
    for( int i = 0; i < numInts; ++i )
    {
        ++intArray[i];
    }
    delete[] intArray;
    return 0;
}

: 

#include "testconsts.h" // defines NUM_INTS across all tests
#include <vector>
int main()
{
    const int numInts = NUM_INTS;
    std::vector<int>                     intVector( numInts );
    int *                                intArray       = new int[ numInts ];
    ++intArray[0];  // force access to affect optimization
    ++intVector[0]; // force access to affect optimization
    for( int i = 0; i < numInts; ++i )
    {
        ++intVector[i];
    }
    delete[] intArray;
    return 0;
}

它们是用g++ -O3和gcc 4.4.3编译的

使用time多次运行基准测试的结果类似于:

数组:

real    0m0.757s
user    0m0.176s
sys     0m0.588s
向量:

real    0m0.572s
user    0m0.268s
sys     0m0.304s

有三件事是清楚的:

  1. 数组在用户时间上更快
  2. 矢量更快更少的系统时间
  3. Over all vector赢得了这场战斗

问题是"为什么?"

我猜系统时间问题一定与页面错误有关，但我不能准确地描述为什么一个人会有更多的页面错误。

至于用户时间问题，我不太感兴趣，但我也很想知道大家对此的看法。我曾想象它与初始化有关，尽管我没有将初始化值传递给向量构造函数，所以我不知道。

与动态数组相比，差异不在于向量的性能，而在于您执行的内存访问次数。

实际上，在向量测试中，你是在重新访问缓存的内存，而在数组版本中，你不这样做。在这两种情况下，你都要为缓存vector版本付出代价。

在向量测试中，您为数组分配动态内存，但不触及它，内存从未被触及，由于该操作没有页面错误。vector被创建，初始化，然后第二次遍历将访问已经缓存的数据(如果大小适合缓存，如果不适合，则不在缓存中，但两个版本的开销相同)。

另一方面，在测试数组时，vector构造函数初始化元素，这意味着在试图分析数组行为的情况下，遍历vector内容，遍历数组元素。内存访问次数、页面错误次数和应用程序使用的内存次数加倍。

您可以尝试修改代码，以便像这样执行动态分配:

int * intArray = new int[ numInts ](); // note extra ()

将值初始化整个数组，或者初始化数组内容。运行修改后的测试版本的结果应该是相似的。

您是否多次运行测试?基准测试是一个艰难的过程，必须依靠平均值才能得到任何有意义的结果;在运行数组基准测试时，有可能有几个CPU周期专门用于其他事情，从而减慢了它的速度。我希望给出足够的结果，他们会是相似的，因为std::vector是用c风格的数组在它的核心编写的。

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