std::vector 比 std::map 更快的键查找？

Question

我一直在使用 std::vector，想知道是否应该使用 std::map 进行键查找以提高性能。

这是我的完整测试代码。

#include <iostream>
#include <string>
#include <map>
#include <vector>
#include <ctime>
#include <chrono>

using namespace std;

vector<string> myStrings = {"aaa", "bbb", "ccc", "ddd", "eee", "fff", "ggg", "hhh", "iii", "jjj", "kkk", "lll", "mmm", "nnn", "ooo", "ppp", "qqq", "rrr", "sss", "ttt", "uuu", "vvv", "www", "xxx", "yyy", "zzz"};

struct MyData {

    string key;
    int value;
};

int findStringPosFromVec(const vector<MyData> &myVec, const string &str) {

    auto it = std::find_if(begin(myVec), end(myVec),
                           [&str](const MyData& data){return data.key == str;});
    if (it == end(myVec))
        return -1;
    return static_cast<int>(it - begin(myVec));
}

int main(int argc, const char * argv[]) {

    const int testInstance = 10000; //HOW MANY TIMES TO PERFORM THE TEST

    //----------------------------std::map-------------------------------
    clock_t map_cputime = std::clock(); //START MEASURING THE CPU TIME

    for (int i=0; i<testInstance; ++i) {

        map<string, int> myMap;

        //insert unique keys
        for (int i=0; i<myStrings.size(); ++i) {

            myMap[myStrings[i]] = i;
        }
        //iterate again, if key exists, replace value;
        for (int i=0; i<myStrings.size(); ++i) {

            if (myMap.find(myStrings[i]) != myMap.end())
                myMap[myStrings[i]] = i * 100;
        }
    }
    //FINISH MEASURING THE CPU TIME
    double map_cpu = (std::clock() - map_cputime) / (double)CLOCKS_PER_SEC;
    cout << "Map Finished in " << map_cpu << " seconds [CPU Clock] " << endl;


    //----------------------------std::vector-------------------------------
    clock_t vec_cputime = std::clock(); //START MEASURING THE CPU TIME

    for (int i=0; i<testInstance; ++i) {

        vector<MyData> myVec;

        //insert unique keys
        for (int i=0; i<myStrings.size(); ++i) {

            const int pos = findStringPosFromVec(myVec, myStrings[i]);

            if (pos == -1)
                myVec.push_back({myStrings[i], i});
        }
        //iterate again, if key exists, replace value;
        for (int i=0; i<myStrings.size(); ++i) {

            const int pos = findStringPosFromVec(myVec, myStrings[i]);

            if (pos != -1)
                myVec[pos].value = i * 100;
        }
    }
    //FINISH MEASURING THE CPU TIME
    double vec_cpu = (std::clock() - vec_cputime) / (double)CLOCKS_PER_SEC;
    cout << "Vector Finished in " << vec_cpu << " seconds [CPU Clock] " << endl;
    return 0;
}

这就是我得到的结果。

Map Finished in 0.38121 seconds [CPU Clock] 
Vector Finished in 0.346863 seconds [CPU Clock] 
Program ended with exit code: 0

我通常在一个容器中存储少于 30 个元素。

这是否意味着在我的情况下使用 std::vector 而不是 std::map 更好？

编辑：当我在循环前移动 map<string, int> myMap; 时，std::map 比 std::vector 快。

Map Finished in 0.278136 seconds [CPU Clock] 
Vector Finished in 0.328548 seconds [CPU Clock] 
Program ended with exit code: 0

所以如果这是正确的测试，我猜 std::map 更快。

但是，如果我将元素数量减少到 10 个，std::vector 会更快，所以我猜这真的取决于元素的数量。

Answer 1

我想说的是，一般来说，向量的性能可能比地图更好，但仅适用于少量数据，例如你提到的元素少于 30 个。

原因是通过连续内存块的线性搜索是访问内存的最便宜的方式。地图将数据保存在随机内存位置，因此访问它们的成本会更高一些。如果元素数量很少，这可能会起作用。在具有成百上千个元素的现实生活中，查找操作的算法复杂性将主导这种性能提升。

但是！您正在对完全不同的事物进行基准测试：

1. 您正在填充地图。如果是矢量，则不要这样做
2. 您的代码可以执行两次地图查找：首先，find 来检查是否存在，第二个 [] 运算符来查找要修改的元素。这些都是相对繁重的操作。你可以只用一个 find 修改一个元素（自己想办法，检查参考！）
3. 在每次测试迭代中，您都在执行额外的繁重操作，例如为每个映射/向量分配内存。这意味着您的测试不仅要衡量查找性能，还要衡量其他方面。
4. 基准测试是一个难题，不要自己做。例如，存在缓存加热等副作用，您必须处理它们。使用类似Celero、hayai 或google benchmark

Answer 2

您的向量具有不变的内容，因此编译器无论如何都会优化您的大部分代码。
测量如此小的计数几乎没有用处，测量硬编码值也没有用处。