为什么std::copy比std::string构造函数更快？

Question

为什么std::copy比std::string构造函数更快？

7

我尝试了这些代码，来比较std::copy和std::string的构造函数。

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <vector>

void construct_test() {
  std::vector<uint8_t> raw_data;
  for (int i = 0; i < 1000 * 1024; i++) {
    raw_data.push_back(i % 256);
  }

  auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  std::string target_data;
  target_data = std::string(raw_data.begin(), raw_data.end());
  auto finish = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  std::cout << "construct: " << std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(finish -
                                                                     start)
                   .count()
            << "us" << std::endl;
}

void copy_test() {
  std::vector<uint8_t> raw_data;
  for (int i = 0; i < 1000 * 1024; i++) {
    raw_data.push_back(i % 256);
  }

  auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  std::string target_data;
  target_data.resize(raw_data.size());
  std::copy(raw_data.begin(), raw_data.end(), target_data.begin());
  auto finish = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  std::cout << "copy: " << std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(finish -
                                                                     start)
                   .count()
            << "us" << std::endl;
}

int main() {
  construct_test();
  copy_test();

  return 0;
}

我得到了结果：

construct: 6245us
copy: 1087us

std::copy的速度快了6倍！

这是否符合预期？如果是，原因是什么？
我搜索了很多将向量转换为字符串的方法，但没有人提到std::copy的方式。我应该使用这种方式吗？有什么缺点吗？

- Jason.Pu

8

编写良好的性能测试很困难。主要的陷阱是as-if规则。这个规则可以使代码更快，但是测试小而紧密的代码性能变得困难，因为现在你必须与优化器作斗争，并确保优化器没有删除被测试的代码。所以，在读取您的代码之前，我非常确定这是主要问题。 - Marek R

4

你是怎么编译的？请注意，high_resolution_clock 不应该用于基准测试。请使用 steady_clock。 - 463035818_is_not_an_ai

3

在这两种情况下，您并未使用target_data来产生任何可观察的效果。当开启优化时，预计这些调用将被优化掉。 - 463035818_is_not_an_ai

3

将construct_test()和copy_test()的顺序调换一下。现在复制的速度变慢了。https://ideone.com/aemRow - VLL

4

就此而言，有 https://quick-bench.com/ 这个网站，但即使是使用它也需要一些经验才能正确使用，否则可能会产生误导性的结果。 - 463035818_is_not_an_ai

显示剩余8条评论

1个回答

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- Jan Schultke · Accepted Answer

正如评论者所指出的那样，您的测试方法是严重有缺陷的。通常情况下，为了获得有意义的结果，您必须运行多次操作（可能是数百万或数十亿次）。否则，运行基准测试的顺序、调度等可能会给您带来截然不同的结果。

@463035818_is_not_an_ai指出，在基准测试中应使用steady_clock而不是high_resolution_clock。（尽管在这种情况下这不太可能产生重大影响）
@VLL指出，仅改变construct_test()和copy_test()的顺序就可以使一个函数运行得比另一个函数快。

您可以使用google/benchmark（被QuickBench使用）来获得更有意义的结果。

除了您使用的两种方法外，还至少有两种方法来创建/覆盖字符串：

// BenchmarkInit
std::string target_data = std::string(raw_data.begin(), raw_data.end());

// BenchmarkAssignmentOp
std::string target_data;
target_data = std::string(raw_data.begin(), raw_data.end());

// BenchmarkAssign
std::string target_data;
target_data.assign(raw_data.begin(), raw_data.end());

// BenchmarkCopy
std::string target_data;
target_data.resize(raw_data.size());
std::copy(raw_data.begin(), raw_data.end(), target_data.begin());

我们对clang 15、libstdc++和-O3进行了以下基准测试结果：

无论是否存在不必要的默认初始化，使用std::string构造函数都是最好的选择。前两种方法在内部使用std::memcpy，这应该是最快的内存复制方式。
std::copy较慢，可能是因为.resize()需要先将内存清零，并且没有被优化成memcpy，而是被优化成矢量化内存操作。
.assign明显较慢，可能是因为与std::copy相比，循环展开较少，所以除了复制内存之外还有很多额外开销。

即使进行了适当的基准测试，你仍然会看到意想不到且显著的差异，只有在查看汇编代码时才能理解其中的原因。

更新

我已经提交了一个错误报告，这个性能问题已经由@JonathanWakely修复。