c++ - std::vector 在启用 C++11/14 时手动复制而不是调用 memcpy

Question

使用gcc 4.9，使用Linaro工具链交叉编译ARM，我找到了vector.assign()的编译结果添加 -std=c++14 时的变化, 在某种程度上会产生严重的性能问题。

我已经尝试了几种不同的方法来进行这种分配+复制，但是只要我使用std::vector，它们都会有这个性能问题。去做吧。

我可以用这个玩具示例重现问题:

VectorTest.h

#include <stdint.h>
#include <stddef.h>
#include <vector>

struct VectorWrapper_t
{
    VectorWrapper_t(uint8_t const* pData, size_t length);
    std::vector<uint8_t> data;
};

VectorTest.cpp

#include "VectorTest.h"

VectorWrapper_t::VectorWrapper_t(uint8_t const* pData, size_t length)
{
    data.assign(pData, pData + length);
}

gcc 标志:

-std=c++14 \
-mthumb -march=armv7-a -mtune=cortex-a9 \
-mlittle-endian -mfloat-abi=hard -mfpu=neon -Wa,-mimplicit-it=thumb \
-O2 -g

查看程序集，我明白了原因:原始版本(我假设是 C++03？)调用 memmove ，而 C++14 版本添加了一个额外的循环，看起来像是手动复制数据。看着.loc标签 gcc 添加 -fverbose-asm ，此循环中的指令来自stl_construct.h和 stl_uninitialized.h .

更改为 gcc 5.2.1(使用 C++14)，它的编译几乎与 C++03 示例相同，除了 memcpy而不是 memmove .

我可以通过使用 std::unique_ptr<uint8_t[]> 来解决这个问题。而不是 vector这里。但是，我想深入了解这个问题，以确定其他地方是否使用 vector s 可能存在性能问题以及如何修复它们(更新到 gcc 5.2 是不切实际的)。

所以我的问题是:为什么它在 C++11/14 下编译不同？

供引用，gcc --version报告:
arm-linux-gnueabihf-gcc (Linaro GCC 4.9-2014.12) 4.9.3 20141205 (prerelease) .

这是gcc生成的程序集:

# C++03, gcc 4.9

    push    {r3, r4, r5, r6, r7, lr}    @
    movs    r3, #0  @ tmp118,
    mov r4, r0  @ this, this
    str r3, [r0]    @ tmp118, MEM[(struct _Vector_impl *)this_1(D)]._M_start
    mov r5, r2  @ length, length
    str r3, [r0, #4]    @ tmp118, MEM[(struct _Vector_impl *)this_1(D)]._M_finish
    str r3, [r0, #8]    @ tmp118, MEM[(struct _Vector_impl *)this_1(D)]._M_end_of_storage
    cbnz    r2, .L19    @ length,
    mov r0, r4  @, this
    pop {r3, r4, r5, r6, r7, pc}    @
.L19:
    mov r0, r2  @, length
    mov r6, r1  @ pData, pData
    bl  _Znwj   @
    mov r2, r5  @, length
    mov r1, r6  @, pData
    mov r7, r0  @ D.13516,
    bl  memmove @
    ldr r0, [r4]    @ D.13515, MEM[(struct vector *)this_1(D)].D.11902._M_impl._M_start
    cbz r0, .L3 @ D.13515,
    bl  _ZdlPv  @
.L3:
    add r5, r5, r7  @ D.13515, D.13516
    str r7, [r4]    @ D.13516, MEM[(struct vector *)this_1(D)].D.11902._M_impl._M_start
    str r5, [r4, #4]    @ D.13515, MEM[(struct vector *)this_1(D)].D.11902._M_impl._M_finish
    mov r0, r4  @, this
    str r5, [r4, #8]    @ D.13515, MEM[(struct vector *)this_1(D)].D.11902._M_impl._M_end_of_storage
    pop {r3, r4, r5, r6, r7, pc}    @
.L6:
    ldr r0, [r4]    @ D.13515, MEM[(struct _Vector_base *)this_1(D)]._M_impl._M_start
    cbz r0, .L5 @ D.13515,
    bl  _ZdlPv  @
.L5:
    bl  __cxa_end_cleanup   @

# C++14, gcc 4.9

    push    {r3, r4, r5, r6, r7, lr}    @
    movs    r3, #0  @ tmp157,
    mov r6, r0  @ this, this
    str r3, [r0]    @ tmp157, MEM[(struct _Vector_impl *)this_1(D)]._M_start
    mov r5, r2  @ length, length
    str r3, [r0, #4]    @ tmp157, MEM[(struct _Vector_impl *)this_1(D)]._M_finish
    str r3, [r0, #8]    @ tmp157, MEM[(struct _Vector_impl *)this_1(D)]._M_end_of_storage
    cbnz    r2, .L25    @ length,
    mov r0, r6  @, this
    pop {r3, r4, r5, r6, r7, pc}    @
.L25:
    mov r0, r2  @, length
    mov r4, r1  @ pData, pData
    bl  _Znwj   @
    adds    r3, r4, r5  @ D.20345, pData, length
    mov r7, r0  @ __result,
    cmp r4, r3  @ pData, D.20345
    ittt    ne
    addne   r1, r4, #-1 @ ivtmp.76, pData,
    movne   r3, r0  @ __result, __result
    addne   r4, r0, r5  @ D.20346, __result, length
    beq .L26    @,
.L7:
    ldrb    r2, [r1, #1]!   @ zero_extendqisi2  @ D.20348, MEM[base: _48, offset: 0]
    cbz r3, .L6 @ __result,
    strb    r2, [r3]    @ D.20348, MEM[base: __result_23, offset: 0B]
.L6:
    adds    r3, r3, #1  @ __result, __result,
    cmp r3, r4  @ __result, D.20346
    bne .L7 @,
.L8:
    ldr r0, [r6]    @ D.20346, MEM[(struct vector *)this_1(D)].D.18218._M_impl._M_start
    cbz r0, .L5 @ D.20346,
    bl  _ZdlPv  @
.L5:
    str r7, [r6]    @ __result, MEM[(struct vector *)this_1(D)].D.18218._M_impl._M_start
    mov r0, r6  @, this
    str r4, [r6, #4]    @ D.20346, MEM[(struct vector *)this_1(D)].D.18218._M_impl._M_finish
    str r4, [r6, #8]    @ D.20346, MEM[(struct vector *)this_1(D)].D.18218._M_impl._M_end_of_storage
    pop {r3, r4, r5, r6, r7, pc}    @
.L26:
    adds    r4, r0, r5  @ D.20346, __result, length
    b   .L8 @
.L11:
    ldr r0, [r6]    @ D.20346, MEM[(struct _Vector_base *)this_1(D)]._M_impl._M_start
    cbz r0, .L10    @ D.20346,
    bl  _ZdlPv  @
.L10:
    bl  __cxa_end_cleanup   @

# C++14, gcc 5.2

    push    {r3, r4, r5, r6, r7, lr}    @
    movs    r3, #0  @ tmp118,
    mov r4, r0  @ this, this
    str r3, [r0]    @ tmp118, MEM[(struct _Vector_impl *)this_1(D)]._M_start
    str r3, [r0, #4]    @ tmp118, MEM[(struct _Vector_impl *)this_1(D)]._M_finish
    str r3, [r0, #8]    @ tmp118, MEM[(struct _Vector_impl *)this_1(D)]._M_end_of_storage
    cbnz    r2, .L19    @ length,
    mov r0, r4  @, this
    pop {r3, r4, r5, r6, r7, pc}    @
.L19:
    mov r0, r2  @, length
    mov r6, r1  @ pData, pData
    mov r5, r2  @ length, length
    bl  _Znwj   @
    mov r2, r5  @, length
    mov r1, r6  @, pData
    mov r7, r0  @ D.20824,
    bl  memcpy  @
    ldr r0, [r4]    @ D.20823, MEM[(struct vector *)this_1(D)].D.18751._M_impl._M_start
    cbz r0, .L3 @ D.20823,
    bl  _ZdlPv  @
.L3:
    add r5, r5, r7  @ D.20823, D.20824
    str r7, [r4]    @ D.20824, MEM[(struct vector *)this_1(D)].D.18751._M_impl._M_start
    str r5, [r4, #4]    @ D.20823, MEM[(struct vector *)this_1(D)].D.18751._M_impl._M_finish
    mov r0, r4  @, this
    str r5, [r4, #8]    @ D.20823, MEM[(struct vector *)this_1(D)].D.18751._M_impl._M_end_of_storage
    pop {r3, r4, r5, r6, r7, pc}    @
.L6:
    ldr r0, [r4]    @ D.20823, MEM[(struct _Vector_base *)this_1(D)]._M_impl._M_start
    cbz r0, .L5 @ D.20823,
    bl  _ZdlPv  @
.L5:
    bl  __cxa_end_cleanup   @

Answer 1

这是 4.9.2 版本中的一个 GCC 错误，请参阅 PR 64476 .默认 -std=gnu++03 模式和 -std=c++14 之间的区别在于，对于 C++11 及更高版本，它可能具有普通类型不可赋值(因为它们可以有一个已删除的赋值运算符)，这会导致 std::uninitialized_copy 的实现采用不同的(较慢的)代码路径。可分配性检查是错误的，这意味着我们在不需要时采取了缓慢的路径。

两年前我为 GCC 4.9.3 修复了它，但您的编译器基于 4.9.2 和 4.9.3 版本之间的快照，并且已经过了几周无法修复。

您可以要求 Linaro 将他们的 GCC 4.9 编译器更新到 4.9.4，或者至少应用修复此错误的补丁。