c++ - 成员函数中 std::vector c++ size() 内部循环的性能

Question

类似的问题，但不太具体: Performance issue for vector::size() in a loop

假设我们在一个成员函数中:

void  Object::DoStuff()  {

   for( int k = 0; k < (int)this->m_Array.size(); k++ )
   {  
       this->SomeNotConstFunction();
       this->ConstFunction();

       double x = SomeExternalFunction(i);
   }
}

1) 我愿意相信，如果只调用“SomeExternalFunction”，编译器将进行优化，而不是在 m_Array 上冗余调用 size() ...是这样吗？

2) 你几乎肯定不会通过这样做来提高速度

  int N = m_Array.size()
  for( int k = 0; k < N; k++ ) { ... } 

如果你正在调用一些不是 const 的成员函数？

编辑 不确定这些关于微优化的反对票和讽刺评论来自哪里，也许我可以澄清一下:

首先，这不是优化本身，而是了解编译器将修复和不会修复的内容。通常我使用 size() 函数，但我现在问，因为这里的数组可能有数百万个数据点。

其次，情况是“SomeNotConstFunction”可能很少有机会更改数组的大小，或者它这样做的能力可能取决于其他一些被切换的变量。所以，我想问的是编译器在什么时候会失败，以及当数组确实可能发生变化时 size() 所产生的时间成本究竟是多少，尽管众所周知的原因是它不会？

第三，循环内的操作非常简单，只有数百万个，但它们并行得令人尴尬。我希望通过外部放置值可以让编译器向量化一些工作。

Answer 1

不要养成这样的习惯。

您在(2)中进行优化的情况是:

• 安全可靠
• 有显着差异
• 您的编译器无法自行解决的问题

很少而且介于两者之间。

如果只是后两点，我只会建议你担心一些不重要的事情。然而，第一点才是真正的 killer 锏:您不想养成给自己更多犯错机会的习惯。与调试快速、有错误的代码相比，加速缓慢、正确的代码要容易得多。

话虽如此，我将尝试回答您的问题。函数 SomeNotConstFunction 和 SomeConstFunction 的定义(大概)在同一个翻译单元中。所以如果这些函数真的不修改vector，编译器可以算出来，它只会“调用”一次size。

但是，编译器无法访问 SomeExternalFunction 的定义，因此必须假定对该函数的每次调用都有可能修改您的 vector 。该函数在您的循环中的存在保证每次都会“调用”`size。

但是，我将“called”放在引号中，因为它是一个微不足道的函数，几乎肯定会被内联。此外，该函数的成本低得离谱——两次内存查找(几乎都可以保证命中缓存)，以及减法和右移，甚至可能是一条专门的单指令同时执行这两项操作。

即使 SomeExternalFunction 什么都不做，很有可能每次“调用”size 仍然只是运行时间的一小部分，可以忽略不计你的循环。

编辑:响应编辑....

what exactly is the time cost incurred by size() when the array really might change

您在为两个不同版本的代码计时时看到的时间差异。如果您正在进行类似这样的非常低级别的优化，您将无法通过“纯粹的理由”获得答案——您必须凭经验测试结果。

而且如果你真的在进行这种低级优化(并且你可以保证 vector 不会调整大小)，你应该更担心编译器不知道数组的基指针是常量这一事实，而不是它不知道大小是常数。

如果 SomeExternalFunction 确实在编译单元外部，那么无论您做什么，编译器都几乎没有机会对循环进行矢量化。 (不过，我想这在链接时可能是可能的......)而且它也不太可能是“微不足道的”，因为它需要函数调用开销——至少如果“微不足道”对你和我意味着同样的事情。 (同样，我不知道链接时间优化有多好......)

如果您真的可以保证某些操作不会调整 vector 的大小，您可以考虑改进您的类的 API(或者至少它是 protected 或 private 部分)以包含显然不会调整 vector 大小的函数。