std::vector 与 std::array 性能

Question

我正在查看新的 chrono 库 (C++11) 并尝试使用它。我写了以下两个程序：

vector.cpp

#include <iostream>
#include <vector>
#include <chrono>

int main()
{
    std::vector<double> vector(1000000, 0.);

    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    for(int i(0); i < vector.size(); i++)
    {
        vector[i] += 1.;
    }
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    std::cout << "Elapsed time: " << std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end-start).count() << " milliseconds" << std::endl;

    return 0;
}

array.cpp

#include <iostream>
#include <array>
#include <algorithm>
#include <chrono>

int main()
{
    std::array<double, 1000000> array;

    std::fill(array.begin(), array.end(), 0.);

    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    for(int i(0); i < array.size(); i++)
    {
        array[i] += 1.;
    }
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    std::cout << "Elapsed time: " << std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end-start).count() << " milliseconds" << std::endl;

    return 0;
}

我为数组程序获得了 9 毫秒，为向量程序获得了 12 毫秒。 std::vector 似乎比 std::array 慢 33%。我做得对吗？为什么会有这种差异？

Ps：我使用的是 GCC 4.7，Mac OS X 10.7。

g++-mp-4.7 -std=c++11 vector.cpp -o vector
g++-mp-4.7 -std=c++11 array.cpp -o array

Answer 1

我将您的代码更改为：

std::array<double, 1000000> array;

double total = 0;
std::fill(array.begin(), array.end(), 0.);

for (unsigned j = 0; j < 1000; ++j)
{
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    for (unsigned i = 0; i < array.size(); i++)
    {
        array[i] += 1.;
    }

    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    total = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count();
}

std::cout << total << " for Array." << std::endl;

std::vector<double> vector(1000000, 0.);
total = 0;

for (unsigned j = 0; j < 1000; ++j)
{
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    for (unsigned i = 0; i < vector.size(); i++)
    {
        vector[i] += 1.;
    }

    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    total = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count();
}

std::cout << total << " for Vector." << std::endl;

我使用-O3的结果：

8123 for Array.
8117 for Vector.

在我看来，两者都同样快。

Answer 2

如果不启用优化，这些数字毫无意义。对 size() 的重复调用很可能会对您的情况产生影响。

Answer 3

std::array 的大小在编译时是已知的，因此很可能会在堆栈上分配内存。

std::vector 使用 std::allocator（它可能使用 `new 在运行时从空闲存储区（又名堆）分配内存）。

我会说 30% 对于堆与堆栈分配是正常的。

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编辑： 在 liveworkspace.org（std::vector 和 std::array）上运行几次（我知道这不是最科学的测量），我得到 8 对 10 毫秒。由于所有分配确实超出了测量范围，我会天真地得出结论，访问堆比访问堆栈内存要慢。如果这通常是正确的，我不会感到惊讶，因为在堆的情况下存在额外的间接性。