设置大小时，std::vector 的性能会降低吗？答案

【问题标题】：std::vector has lower performance when size is set?设置大小时，std::vector 的性能会降低吗？
【发布时间】：2018-12-28 17:44:37
【问题描述】：

今天我想检查在 C++ 中迭代 std::vector 的三种不同方法的性能。结果并不那么令人惊讶，但其他一些事情引起了我的注意。我注意到，如果我创建一个vector 并在构造函数中预定义它的大小，有些事情会慢近两倍。请看一下结果：

default constructor...
pushing data...
elapsed: 3.85164s
for ( int i = 0; i < N; i++ ) (*vec)[i]++; - 0.127319s
for ( int i = 0; i < vec->size( ); i++ ) (*vec)[i]++; - 0.128894s
for ( int &n : *vec ) n++; - 0.127325s

vector(N) constructor...
vec.size() is now 500000000
pushing data...
elapsed: 3.93543s
for ( int i = 0; i < N; i++ ) (*vec)[i]++; - 0.126036s
for ( int i = 0; i < vec->size( ); i++ ) (*vec)[i]++; - 0.252865s
for ( int &n : *vec ) n++; - 0.254146s

N 是常数，等于 500000000。该向量仅包含 ints 个随机值 (rand())。每个循环递增所有向量元素。我正在用gettimeofday() POSIX 电话测量时间。

这是完整的源代码：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <sys/time.h>

const int N = 500000000;

//For time measurements
static struct timeval t0, t1, tdiff;
static inline void measure_begin( )
{
    gettimeofday( &t0, NULL );
}
static inline double measure_end( )
{
    gettimeofday( &t1, NULL );
    timersub( &t1, &t0, &tdiff );
    return tdiff.tv_sec + tdiff.tv_usec / 1e6;
}


void tests( std::vector<int> *vec )
{
    ///Normal for
    std::cout << "for ( int i = 0; i < N; i++ ) (*vec)[i]++; - ";
    measure_begin( );
    for ( int i = 0; i < N; i++ ) (*vec)[i]++;
    std::cout << measure_end( ) << "s" << std::endl;

    //Normal for, but with size
    std::cout << "for ( int i = 0; i < vec->size( ); i++ ) (*vec)[i]++; - ";
    measure_begin( );
    for ( int i = 0; i < vec->size( ); i++ ) (*vec)[i]++;
    std::cout << measure_end( ) << "s" << std::endl;

    //Ranged for
    std::cout << "for ( int &n : *vec ) n++; - ";
    measure_begin( );
    for ( int &n : *vec ) n++;
    std::cout << measure_end( ) << "s" << std::endl;
}


int main( )
{
    //Create a new vector using the new constructor
    std::cout << "default constructor..." << std::endl;
    std::vector <int> *vec = new std::vector <int>;

    //Data push
    std::cout << "pushing data..." << std::endl;
    measure_begin( );
    for ( int i = 0; i < N; i++ ) vec->push_back( rand( ) ); 
    std::cout << "elapsed: " << measure_end( ) << "s" << std::endl;

    tests( vec );

    //Restart - this time set size in constructor
    delete vec;
    std::cout << "vector(N) constructor..." << std::endl;
    vec = new std::vector <int>;
    vec->reserve( N );
    std::cout << "vec.size() is now " << vec->size( ) << std::endl;

    //Data push
    std::cout << "pushing data..." << std::endl;
    measure_begin( );
    for ( int i = 0; i < N; i++ ) vec->push_back( rand( ) ); 
    std::cout << "elapsed: " << measure_end( ) << "s" << std::endl;

    tests( vec );

    delete vec;

}

我正在使用 GCC 7.30 编译代码，并在 Ubuntu 18.04 上启用了 -O3 标志。

如您所见，将数据添加到向量会稍微慢一些，而使用 std::vector(N) 构造函数对其进行修改可能会慢两倍。查看结果，在我看来，在第二种情况下，所有范围方法（vector::begin、vector::end）都需要更多时间。

我无法解释这种行为的可能原因。有谁知道发生了什么？

编辑：事实证明毕竟没有性能问题。正如 Holt 在 cmets 部分中首次指出的那样，在第二种情况下，后两个 for 循环迭代两倍于默认大小的向量。当我使用vector::reserve 和默认构造函数时，一切似乎都很好。

【问题讨论】：

多次运行的结果是否稳定？当您以相反的顺序运行这两个案例时，结果是否稳定？当您以不同的顺序运行 3 个单独的案例时，结果是否稳定？第一个向量在创建第二个向量之前被销毁了吗？
你应该在这里发布代码。
@Jacajack 您的代码中有一个大问题。第一种情况在N 上循环，但在2 * N 上的秒数。如果您先执行vector<int>{N}，然后执行N push_back，您将得到一个填充有N 零的fector，然后是N 随机值，因此您的测试花费两倍的时间是非常合乎逻辑的。
如果你用一个size来构造，vector已经满了，如果你往后推，它会变得更大。如果你只想保留内存，使用reserve()方法。
这与here发布的问题相同

标签： c++ performance vector

【解决方案1】：

第一个向量添加了 N 个元素。第二个向量被创建为 N 个项目，然后将 N 个项目添加到其中，使其大小增加一倍。

【讨论】：

【解决方案2】：

如上所述，第二个向量在创建时为 N nits 分配空间，当它被填满时无需调整自身大小，因为它不会。

另外作为一个建议，如果你创建指定它的大小的向量，你应该使用下标运算符（operator[]）替换它的元素，而不是 push_back()，因为这样你将有一个包含 N 个元素的向量，具有默认的 int 值和然后您尝试在末尾再添加一个，从而调整大小。

请注意，调整大小时必须 cpy 之前的所有元素，因此已经有 N 个元素的向量性能更差。

【讨论】：