c++ - C/C++ : What's faster: a for loop, 或递增指针

Question

我想知道以下哪个代码段最快，假设目标是从 T 类型的元素中读取数量为 numElements 的 somePointer 并用它们做一些事情。我特别感兴趣的是循环结构本身的效率，而不是对元素所做的事情。

第一候选人

for (int i = 0; i < numElements; i++) {
    T val = somePointer[i];
    ... // Do something
}

第二个候选人

T* tempPointer = somePointer;
T* endPointer = somePointer + numElements;
while (tempPointer < endPointer) {
    T val = *tempPointer;
    ... // Do something
    tempPointer++;
}

当然，第一个候选人更清晰，更不容易出错。但是，如果它实际上被编译成它似乎会生成的代码，我认为它会更慢。使用 for 循环需要在每次循环迭代时增加 i，以及从 somePointer 指向的地址偏移 >i * sizeOf(t) 在取消引用之前。指针递增方法似乎每个循环只需要一次加法操作，因此让我相信它会更快。

但是，据我所知，编译器会尝试使用 SIMD 指令尽可能地向量化 for 循环；如果编译器可以在 for 循环中成功检测到向量化的机会，但不能使用递增指针，那么 for 似乎是更快的选择。当然，据我所知，编译器正在检测可以将 for 循环转换为指针递增并在矢量化之前进行转换的情况，这将使它变得无关紧要。

简而言之，在现实场景中，哪个更快？

Answer 1

从理论上讲，您的问题的答案是以前的更简单的代码。

An actual implementation need not evaluate part of an expression if it can deduce that its value is not used and that no needed side effects are produced (including any caused by calling a function or accessing a volatile object).

这是 C 标准的引述，证明了编译器进行优化的能力。在这种情况下，表达式中不需要的部分与 int 索引相关(可能应该是 size_t)。

实际上，您的问题的答案也是以前的更简单的代码。您可能会惊喜地发现今天的常见编译器可以执行优化，例如您提到的(以及更多)复杂，但)很容易。然而，由于计算机系统的许多方面结合起来构建了一个更大的性能图，所以不可能给出关于哪些方面会更快的答案......我们需要了解与您的实现相关的每个方面(CPU、内存、操作系统、编译器等)。

参见 "Will it Optimise?" ，对于 gcc 乐于优化的一些类似示例。这是 loop invariant computation 的一种形式优化。确保在启用完全优化的情况下编译代码(通常是-O3)。

但是，您需要考虑的不仅仅是优化。正如您所提到的，前者更简单的代码更易于阅读。这对于可能最终维护您的代码的任何人都很重要。

在考虑优化时，这里有一个方便的提示:您的老板希望尽快看到有用的东西，即使它太慢也不行。如果你没有老板，那很好!考虑到您无法衡量优化代码而没有与之进行比较的东西，但是...

为了可维护性而编写清晰、简洁的代码。如果您的老板(或您的团队，或您自己，或其他任何人)认为它完成的时间不够快，请使用您的分析器来确定最重要的瓶颈在哪里，那么您应该知道要关注什么......您将优化您的时间和您的代码。

完成优化后，再次使用分析器确定优化是否有效。这样您就可以消除您的猜测可能产生的负面影响。

如今，常见的编译器通常甚至可以根据分析器的输出进行优化。这种技术称为“配置文件引导优化”，可能值得研究...