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std::vector比普通数组慢很多吗？

c++arraysperformancestlvector
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我一直以为std::vector是“作为一个数组实现”的普遍认识，但今天我进行了测试，发现事实并非如此：

下面是一些测试结果：

UseArray completed in 2.619 seconds
UseVector completed in 9.284 seconds
UseVectorPushBack completed in 14.669 seconds
The whole thing completed in 26.591 seconds

这大约慢了 3 到 4 倍！并不能为“vector 可能比几个纳秒慢”这样的评论辩护。
我使用的代码是：
#include <cstdlib>
#include <vector>

#include <iostream>
#include <string>

#include <boost/date_time/posix_time/ptime.hpp>
#include <boost/date_time/microsec_time_clock.hpp>

class TestTimer
{
    public:
        TestTimer(const std::string & name) : name(name),
            start(boost::date_time::microsec_clock<boost::posix_time::ptime>::local_time())
        {
        }

        ~TestTimer()
        {
            using namespace std;
            using namespace boost;

            posix_time::ptime now(date_time::microsec_clock<posix_time::ptime>::local_time());
            posix_time::time_duration d = now - start;

            cout << name << " completed in " << d.total_milliseconds() / 1000.0 <<
                " seconds" << endl;
        }

    private:
        std::string name;
        boost::posix_time::ptime start;
};

struct Pixel
{
    Pixel()
    {
    }

    Pixel(unsigned char r, unsigned char g, unsigned char b) : r(r), g(g), b(b)
    {
    }

    unsigned char r, g, b;
};

void UseVector()
{
    TestTimer t("UseVector");

    for(int i = 0; i < 1000; ++i)
    {
        int dimension = 999;

        std::vector<Pixel> pixels;
        pixels.resize(dimension * dimension);

        for(int i = 0; i < dimension * dimension; ++i)
        {
            pixels[i].r = 255;
            pixels[i].g = 0;
            pixels[i].b = 0;
        }
    }
}

void UseVectorPushBack()
{
    TestTimer t("UseVectorPushBack");

    for(int i = 0; i < 1000; ++i)
    {
        int dimension = 999;

        std::vector<Pixel> pixels;
            pixels.reserve(dimension * dimension);

        for(int i = 0; i < dimension * dimension; ++i)
            pixels.push_back(Pixel(255, 0, 0));
    }
}

void UseArray()
{
    TestTimer t("UseArray");

    for(int i = 0; i < 1000; ++i)
    {
        int dimension = 999;

        Pixel * pixels = (Pixel *)malloc(sizeof(Pixel) * dimension * dimension);

        for(int i = 0 ; i < dimension * dimension; ++i)
        {
            pixels[i].r = 255;
            pixels[i].g = 0;
            pixels[i].b = 0;
        }

        free(pixels);
    }
}

int main()
{
    TestTimer t1("The whole thing");

    UseArray();
    UseVector();
    UseVectorPushBack();

    return 0;
}

我是做错了什么吗？还是我打破了这个性能神话？

我正在使用Visual Studio 2005的发布模式。

在Visual C++中，#define _SECURE_SCL 0可以将UseVector的运行时间减少一半（从8秒降至4秒）。在我看来，这真的非常巨大。
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在调试模式下，某些向量版本会添加额外的指令来检查您是否超出数组末尾访问等情况。为了获得真正的时间统计，您必须在发布模式下构建并打开优化选项。 - Martin York
51
你测量而不是相信网上听到的声明是很好的做法。 - P Shved
53
"vector"作为一个数组实现，这不仅是"常识"，而是事实。你已经发现了vector是一个通用的可调整大小的数组。恭喜！与所有通用工具一样，可能会出现特殊情况下它并不是最优选择的情况。因此，常规智慧是以vector为起点，必要时再考虑其他替代方案。 - Dennis Zickefoose
37
笑，把脏碗扔进水槽和把脏碗扔进水槽并检查它们是否破裂的速度差别有多大？ - Imre L
9
在VC2010中，至少看起来malloc()比resize()更快。从计时中删除内存分配，使用_ITERATOR_DEBUG_LEVEL == 0编译，结果是相同的。 - Andreas Magnusson
显示剩余16条评论
22个回答
0

因为vector::resize()所做的处理比纯内存分配（通过malloc）要多得多。

尝试在您的复制构造函数中设置断点（定义它以便您可以设置断点！），然后就会增加额外的处理时间。

0

这似乎取决于编译器标志。以下是一个基准测试代码：

#include <chrono>
#include <cmath>
#include <ctime>
#include <iostream>
#include <vector>


int main(){

    int size = 1000000; // reduce this number in case your program crashes
    int L = 10;

    std::cout << "size=" << size << " L=" << L << std::endl;
    {
        srand( time(0) );
        double * data = new double[size];
        double result = 0.;
        std::chrono::steady_clock::time_point start = std::chrono::steady_clock::now();
        for( int l = 0; l < L; l++ ) {
            for( int i = 0; i < size; i++ ) data[i] = rand() % 100;
            for( int i = 0; i < size; i++ ) result += data[i] * data[i];
        }
        std::chrono::steady_clock::time_point end   = std::chrono::steady_clock::now();
        auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start).count();
        std::cout << "Calculation result is " << sqrt(result) << "\n";
        std::cout << "Duration of C style heap array:    " << duration << "ms\n";
        delete data;
    }

    {
        srand( 1 + time(0) );
        double data[size]; // technically, non-compliant with C++ standard.
        double result = 0.;
        std::chrono::steady_clock::time_point start = std::chrono::steady_clock::now();
        for( int l = 0; l < L; l++ ) {
            for( int i = 0; i < size; i++ ) data[i] = rand() % 100;
            for( int i = 0; i < size; i++ ) result += data[i] * data[i];
        }
        std::chrono::steady_clock::time_point end   = std::chrono::steady_clock::now();
        auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start).count();
        std::cout << "Calculation result is " << sqrt(result) << "\n";
        std::cout << "Duration of C99 style stack array: " << duration << "ms\n";
    }

    {
        srand( 2 + time(0) );
        std::vector<double> data( size );
        double result = 0.;
        std::chrono::steady_clock::time_point start = std::chrono::steady_clock::now();
        for( int l = 0; l < L; l++ ) {
            for( int i = 0; i < size; i++ ) data[i] = rand() % 100;
            for( int i = 0; i < size; i++ ) result += data[i] * data[i];
        }
        std::chrono::steady_clock::time_point end   = std::chrono::steady_clock::now();
        auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start).count();
        std::cout << "Calculation result is " << sqrt(result) << "\n";
        std::cout << "Duration of std::vector array:     " << duration << "ms\n";
    }

    return 0;
}

不同的优化标志会得到不同的答案：

$ g++ -O0 benchmark.cpp 
$ ./a.out 
size=1000000 L=10
Calculation result is 181182
Duration of C style heap array:    118441ms
Calculation result is 181240
Duration of C99 style stack array: 104920ms
Calculation result is 181210
Duration of std::vector array:     124477ms
$g++ -O3 benchmark.cpp
$ ./a.out 
size=1000000 L=10
Calculation result is 181213
Duration of C style heap array:    107803ms
Calculation result is 181198
Duration of C99 style stack array: 87247ms
Calculation result is 181204
Duration of std::vector array:     89083ms
$ g++ -Ofast benchmark.cpp 
$ ./a.out 
size=1000000 L=10
Calculation result is 181164
Duration of C style heap array:    93530ms
Calculation result is 181179
Duration of C99 style stack array: 80620ms
Calculation result is 181191
Duration of std::vector array:     78830ms

你的结果可能会有所不同，但在我的机器上这是相当典型的。

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