在 C++ 中，哪个更快？获取输入，存储在数组中并同时添加或获取输入并存储为数组，然后汇总？答案

【问题标题】：In C++, which one is faster? taking input, storing in array and adding simultaneously or taking input and storing as array and later summing up?在 C++ 中，哪个更快？获取输入，存储在数组中并同时添加或获取输入并存储为数组，然后汇总？
【发布时间】：2021-09-11 05:31:10
【问题描述】：

我有一个场景，我必须从用户那里获取 n 个输入并将其存储在一个数组中，我还需要找到数组中所有元素的总和。由于它在 codeforces 中，所以我想知道最优化的方法。

通常，I/O 操作因占用大量 CPU 时间而臭名昭著。如果我经常从 I/O 和处理切换而不是先获取普通输入然后再处理总和，它是否会对大规模输入（即 1000 次输入）造成性能影响？

我正在使用 C++ 语言和在线法官（Codeforces）。

第一种方法：我循环 n 次并从输入流中读取 n 个输入，并将它们一个接一个地放入数组中。然后把它们全部加起来。

int n, sum=0;
cin >> n;

int *myarray = new int[n];

for(int i=0; i<n; i++)
{
    cin >> myarray[i];
}

for(int i=0; i<n; i++)
{
    sum += myarray[i];
}

第二种方法：我循环n次并读取n个输入。每次，我将它放在一个数组中，并将我刚刚作为输入的数字相加。

int n, sum=0;
cin >> n;

int *myarray = new int[n];

for(int i=0; i<n; i++)
{
    cin >> myarray[i];
    sum += myarray[i];
}

【问题讨论】：

对输入求和，不需要数组
您能做的最好的事情就是自己测试一下。运行第一个代码 X 次，计算结果。然后运行第二个代码 X 次，计算结果。哪个更快？
"I/O 操作因占用大量 CPU 时间而臭名昭著": false。它们花费已用时间，而 CPU 时间很少或根本没有。当您从cin 阅读时，您受到用户输入速度的 I/O 限制，这比 CPU 慢了许多数量级，这太荒谬了。没有理由期望您的两种方案之间有任何区别。

标签： c++ arrays performance input output

【解决方案1】：

在这样的程序中，您有一个单独的线程来接收用户输入，将其存储在一个数组中并求和，不会有（明显的）差异 - 无论如何都会发生相同的操作。

更明显的优化是丢失数组。如果所需的输出只是总和，您可以直接对输入求和而不存储它们：

int sum = 0;
for(int i=0; i<n; i++)
{
    int temp;
    cin >> temp;
    sum += temp;
}

【讨论】：

【解决方案2】：

我怀疑在实践中，与您的函数中的其他操作相比，cin 是如此缓慢，以至于任何差异都不太可能是可测量的。

也就是说，如果我们忽略 cin 的缓慢性并专注于您的函数生成的代码的质量，我会看到单循环方法的几个优点。

第一个示例包含所有循环控制指令两次，这些指令便宜但不是免费的。
最近写入的内存位置几乎可以肯定仍然在 L1 缓存中，如果迭代次数很大，则在前一个循环中写入的内存位置可能不在。

在一个循环中做太多不同的事情的一个可能的缺点是您可能会用完“被调用者保存”寄存器，从而迫使代码将堆栈用于原本可以存在于寄存器中的变量，但我没有认为这将是大多数架构的问题。

在查看 Godbolt 上的编译代码时，我注意到的另一件事是，由于 cin 接受引用而不是返回值，因此“n”不能跨函数调用存在于寄存器中。所以调用 cin 的循环必须在每次迭代时重新加载它。

【讨论】：

【解决方案3】：

严格来说，在一个循环中完成所有操作会更快，但您不必担心差异。

对于 Codeforces，你可能想要更快的 io，所以我建议你使用 scanf 和 printf 而不是 cin 和 cout，它们是 known 更快。

如果你想使用cin和cout，你也可以添加这行，这样会更快，你可以检查为什么here

ios_base::sync_with_stdio(false);
cin.tie(NULL);

为什么？
当这段代码翻译成汇编时，循环只是一个条件跳转语句，根据条件，跳转可能采取或不采取，只有当条件被评估时，我们才能知道。
我们肯定不想等待条件评估，所以我们有branch prediction（它可以通过多种方式完成），它会执行“一些计算”来估计分支是否被采用或不。
在评估条件之前，我们遵循我们的假设并执行指令，而不会将它们的结果提交到寄存器而不是内存。

如果我们的估计正确，则提交这些结果（我们自然会继续执行），否则我们只需刷新管道（丢弃这些指令及其结果）。

这种未命中预测损失（我们不需要计算的结果）仍然会降低我们的性能，这就是减少对流指令的控制有助于提高性能的原因。

对于您的情况，将循环分成两个，将产生两个条件跳转指令而不是一个，这会增加未命中惩罚。

一些编译器使用loop unrolling 来解决与此类似的问题。

只要您不使用 HPC（高性能计算）应用程序，或者确实需要不惜一切代价进行更好的优化，您就不必担心这一点。

而是专注于改进算法本身，正如@Mureinik 所说，如果您的问题只需要求和，而不进一步使用数字本身，您可以即时计算总和。

【讨论】：