C++ 中更快的映射操作

Question

在我的代码中，我存储了地图中不同组之间交互的参数集。目前在启动时，我添加了每个结构（下面代码中的testvals），其中的键是通过将两个组名连接成一个字符串而创建的。

string nKey = key1;
nKey += JOIN_STRING;
nKey += key2;

map< string, struct> mymap_string; 
mymap_string.insert( make_pair(nKey, testval ));

在查找两个组的数据时，我再次创建该字符串，然后使用地图上的查找来检索我的数据。

string nKey = key1;
nKey += JOIN_STRING;
nKey += key2;

auto it = mymap_string.find( nKey );
if ( it != mymap_string.end() )
{
    struct vals= it->second;
}

在我的代码中，我在启动时创建了一次地图，但查找部分进行了数百万次。我想知道是否有更好的方法来执行此操作，因为字符串连接似乎相对昂贵，并且 find 可能不是搜索和比较字符串的最快方法？

我的测试似乎表明字符串比使用std::pair<string1, string2> 作为地图的键更快。我看过map 和unordered_map，但似乎没有太大区别。 unordered_map 可能在键数较多的情况下会稍微快一些。

有没有人对什么可能是更好、更快的方法有任何建议？鉴于对此进行的调用次数，如果我可以显着加快速度，我可以节省大量时间。我不介意插入或设置是否不是非常快，因为它只发生一次，但查找很重要。最好使用适用于 Windows 和 Linux 的标准。

更新：

好的，所以从问题来看，似乎需要更多背景信息。

testvals 是当前正在使用的模型的输入参数的双精度结构，其中提供的变量数量将随模型而变化。但通常这在 4-10 个值之间。此处显示了一个典型的集合：

typedef struct
{
    double m_temp_min;
    double m_temp_max;
    double m_liquid_content;
    double m_growth_rate;
    double m_alpha;
    double m_beta;
} testvals;

Key1 和 Key2 始终是从程序核心模块传递的字符串，但这些字符串是用户定义的，这意味着它们可以是从 "a" 到 "my_big_yellow_submarine_3" 的任何字符串。

映射中的键数将取决于数据中的组数。如果只有两组需要提供交互参数，则映射将只有 4 个唯一的字符串键：group1~~group1、group1~~group2、group2~~group1 和 group2~~group2。通常地图中有 3 或 4 个组类型，因此键的数量通常为数十个。这个大小可能是我看不到map 和unordered_map 性能差异很大的原因。

其中一个 cmets 提到了 std::pair<std::string,std::string>，正如我最初所说，调用 make_pair() 的成本似乎远高于制作字符串的成本，并且在我测试时慢了 50% 以上。但我没有尝试std::pair 与unordered_map 的组合。我假设如果 std::pair 使用 map 速度较慢，那么使用 unordered_map 也会更慢。是否有理由期望它会大不相同？

我希望这有助于澄清一些事情。

Answer 1

与实际查找相比，您只有有限数量的键，这使得计算哈希变得昂贵。这就是为什么 std::map 和 std::unordered_map 在你的情况下没有太大的不同。除了JOIN_STRING还在计算hash或比较字符串时引入了不必要的操作

我建议您完全避免使用这些组名，而改用组 ID。使用 N 组类型，您只有 N² 种不同类型的交互。那么 ID 将属于 [0, N) 的范围。如果 N 在编译时已知，您甚至可以将其设为数组。所以不是

string nKey = key1;
nKey += JOIN_STRING;
nKey += key2;

你会使用

std::vector<testvals> vals(N*N);    // vector with N² elements

uint32_t nKey = key1*N + key2;      // index of the <key1, key2> mapping
const auto &val = vals[nKey];       // get the mapped value

您应该使用& 来获取参考而不是副本。您也可以使用地图而不是矢量。它仍然比向量慢得多，但仍然比字符串映射快得多。您可以像上面一样计算映射键，或者使用一些映射，如nKey = (key1 << 16) ^ key2 或nKey = ((uint64_t)key1 << 32) | key2

组名仅在您开始将名称转换为 ID 时使用，或者在您想打印出来时使用。您可以使用类似这样的结构来存储名称

struct GroupInfo
{
    std::string groupName;
    uint32_t groupID;
}

无需像在您的代码中那样对 C++ 中的结构使用 typedef。您还可以使用std::vector<std::string> 或std::map<uint32_t, std::string> 从ID 映射到名称。 ID 可以是较小的类型，例如 uint8_t 或 uint16_t