C++的clang数组比clang向量和gcc向量、数组都快很多。

Question

以下代码展示了我的测试用例。我使用clang++ --std=c++11 -O2和g++ --std=c++11 -O2编译了两者。

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long long *ary = new long long[100000000]();
for (long long i = 0; i < 100000000; ++i)
    ary[i] = i;

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std::vector<long long> vec(100000000, 0);
for (long long i = 0; i < 100000000; ++i)
    vec[i] = i;

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对于这两种情况，我只进行了初始化测试，然后进行了初始化和for循环的测试。结果如下：

GCC：

• 仅数组初始化：0.182秒
• 数组初始化和for循环：0.250秒
• 仅向量初始化：0.169秒
• 向量初始化和for循环：0.252秒

Clang：

• 仅数组初始化：0.004秒
• 数组初始化和for循环：0.004秒
• 仅向量初始化：0.150秒
• 向量初始化和for循环：0.240秒

gcc的结果符合向量与数组一样快的普遍观点。此外，clang和gcc在向量方面的结果基本一致。然而，clang的结果非常荒谬，数组表现出明显更快的速度。有人知道为什么吗？

- JamesLens

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也许与clang vs gcc - 优化包括operator new有关。 - Shafik Yaghmour

没有办法，Clang实际上执行了那段代码。主要怀疑是由于没有任何可观察的效果而被优化掉了。 - Lightness Races in Orbit

Answer 1

一个25倍的加速比告诉你，你的代码已经被优化掉了。由于你的代码没有产生任何可见效果，因此可以将其删除。你的基准测试无效。

- usr

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你说得对。我加了std::cout << arr[50000000] << std::endl，时间变得可比了。谢谢。 - JamesLens

@JamesLens，也许将来有时这可能不够用。整个数组/向量是一个常量，优化器最终可能会看透它。我会用不同的方法来做。将整个向量初始化为外部值，例如从当前时间派生的值。然后，对其求和并打印出总和。由于总和是动态的，即使使用神仙编译器也无法删除它。 - usr

Answer 2

这里的区别在于 clang 和 gcc 如何优化调用 new。以下代码：

long long *ary = new long long[100000000]();
for (long long i = 0; i < 100000000; ++i)
    ary[i] = i;

在-O2优化级别下，clang将对其进行全部优化（请看实况）：

xorl    %eax, %eax
retq

当gcc无法实时查看时：

 movl   $800000000, %edi
 call   operator new[](unsigned long)
 leaq   800000000(%rax), %rcx
 movq   %rax, %rdx
.L2:
 movq   $0, (%rdx)
 addq   $8, %rdx
 cmpq   %rcx, %rdx
 jne    .L2
 xorl   %edx, %edx

问题是这个优化是否有效？有人可能会争辩说，根据如同规则，这不是一个有效的优化，因为new可能导致可观察行为。

在C++14中，通过提案N3664：澄清内存分配，这被视为一种有效的优化，但是clang在此期间之前就已经包含了这种优化，请参见这个答案。

- Shafik Yaghmour