在循环内/外创建对象：分配和速度答案

【问题标题】：Creating object inside/outside loop: allocation and speed在循环内/外创建对象：分配和速度
【发布时间】：2014-03-12 22:52:56
【问题描述】：

我正在对我的GaussQuadrature 模板类的一部分进行基准测试，方法是在循环中调用成员函数Quadrature 1M 次并对整个循环进行计时（如果您知道更好的方法，请告诉我！）。在这个类的预期应用中，构造函数将被调用一次，而例程将被调用多次，但我尝试在循环内部调用构造函数 1M 次，在外部调用一次只是为了看看哪个更快。

如果我在循环内调用构造函数，则每次迭代都会调用构造函数，但看起来它被分配到相同的内存空间（注意下面的 sn-p，构造函数内部有语句 std::cout << "ctor\n";） .这是巧合，还是更深层的原因？这是sn-p：

for(int i = 0; i < 1000000; ++i) {
  GaussQuadrature<double> Q(N, func, a, b);  // some arguments
  Q.Quadrature();           

  std::cout << "address: " << &Q << "\n";                                    
}

这给出了：

ctor
address: 0x7fff23059400
ctor
address: 0x7fff23059400
.
.
.
ctor
address: 0x7fff23059400

在没有循环或构造函数中的打印语句的情况下计时，即

    clock_t tic = clock();    

    for(int i = 0; i < 1000000; ++i) {
      GaussQuadrature<double> Q(N, func, a, b);
      Q.Quadrature();                                           
    }

    float elapsed = (clock() - (float)tic) / CLOCKS_PER_SEC;

    std::cout << std::setprecision(10) << "time: " << elapsed << "\n";

结果

    time: 12.47999954

现在，如果我改为在循环外调用构造函数，那么它当然只调用一次，但实际上需要更长的时间：

clock_t tic = clock();  
GaussQuadrature<double> Q(N, func, a, b);  

for(int i = 0; i < 1000000; ++i) {
  Q.Quadrature();                                   
}

float elapsed = (clock() - (float)tic) / CLOCKS_PER_SEC;

std::cout << std::setprecision(10) << "time: " << elapsed << "\n";

这给了

time: 12.65999985

我运行了几次，结果相似。有什么想法吗？谢谢！

【问题讨论】：

现在的编译器非常聪明。使用循环内的构造函数，不会每次都创建对象，因为编译器知道它是相同的。而且它非常方便，因为这样你可以专注于干净的代码、作用域……如果你的对象 Q 没有在循环外使用，建议在循环内声明它。

标签： c++ performance class

【解决方案1】：

首先，在进行计时测试时，您需要关闭任何文本输出，例如 printfs 和 couts。这很重要，因为通过包含它们，您会隐藏班级的真实表现。你的测试方法没问题。调用算法 100 万次是合理的。但请记住高速缓存。根据内存管理器的行为，接收相同的内存指针是可能的。最后，我猜，在你注释掉文本输出之后，你的第二个实现会比第一个更快。

最终建议：您可能更喜欢使用 QueryPerformanceFrequency 和 QueryPerformanceCounter 函数用于更精确的计时。

【讨论】：

他得到了相同的指针，因为它是在堆栈上分配的。每次通过循环时，它都会被分配和释放，并且每次都在堆栈上释放相同的插槽。
是的，我同意你的观点，我不想让他更加困惑:)
@SemihOzmen 实际上我在没有打印语句的情况下进行了计时；请看我更新的帖子。关于为什么它被调用 1M 次而不是只调用一次会更快的任何想法？
正如我之前所说，内存缓存可能会导致这种行为..为了获得有关编译器和 CPU 硬件设置的编译器优化的更多详细信息，并且正如我之前建议的那样，尝试使用更准确的计时功能。

【解决方案2】：

这可能是编译器优化的结果。 for 循环可以自动“展开”http://en.wikipedia.org/wiki/Loop_unwinding，最大限度地减少分支，并且这种展开还可以通过 CPU 的内部并行性和流水线来使用。

“如果循环中的语句相互独立（即循环中较早出现的语句不影响其后的语句），则这些语句可能会并行执行。”

尝试禁用所有优化并再次检查这些时间。

【讨论】：