c - 为什么前几个字符串赋值比较慢？

Question

我一直在用下面的代码测量初始化字符串的速度，发现了一些奇怪的东西:

#include <stdio.h>
#include <time.h>

#define START_COUNTING  clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &start)
#define END_COUNTING    clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &end)
#define NUM_OF_LOOPS    8192

long time_difference(struct timespec end, struct timespec beginning) {
    long long diff = (long long)end.tv_sec - (long long)beginning.tv_sec;
    return(end.tv_nsec - beginning.tv_nsec + ((diff > 0) ? 1000000L : 0));
}

long average(long numbers[NUM_OF_LOOPS]) {
    long long sum = 0;
    int i;

    for(i = 0; i < NUM_OF_LOOPS; i++)
        sum += numbers[i];

    return sum / NUM_OF_LOOPS;
}

int main(void) {
    struct timespec start;
    struct timespec end;
    long time_diffs[NUM_OF_LOOPS];
    int i;
    char * str = NULL;

    for(i = 0; i < NUM_OF_LOOPS; i++) {
        START_COUNTING;
        str = "T";
        END_COUNTING;
        time_diffs[i] = time_difference(end, start);
    }
    printf("%li ns - assigning 2 chars to a string\n", average(time_diffs));

    for(i = 0; i < NUM_OF_LOOPS; i++) {
        START_COUNTING;
        str = "Testing";
        END_COUNTING;
        time_diffs[i] = time_difference(end, start);
    }
    printf("%li ns - assigning 8 chars to a string\n", average(time_diffs));

    for(i = 0; i < NUM_OF_LOOPS; i++) {
        START_COUNTING;
        str = "Testing it here";
        END_COUNTING;
        time_diffs[i] = time_difference(end, start);
    }
    printf("%li ns - assigning 16 chars to a string\n", average(time_diffs));

    for(i = 0; i < NUM_OF_LOOPS; i++) {
        START_COUNTING;
        str = "Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit nullam.";
        END_COUNTING;
        time_diffs[i] = time_difference(end, start);
    }
    printf("%li ns - assigning 64 chars to a string\n", average(time_diffs));

    for(i = 0; i < NUM_OF_LOOPS; i++) {
        START_COUNTING;
        str = ""; // String omitted because it would waste a lot of space
        END_COUNTING;
        time_diffs[i] = time_difference(end, start);
    }
    printf("%li ns - assigning 1024 chars to a string\n", average(time_diffs));

    return 0;
}

在分析它时，我总是得出这样的结果:

1126 ns - assigning 2 chars to a string
828 ns - assigning 8 chars to a string
832 ns - assigning 16 chars to a string
834 ns - assigning 64 chars to a string
857 ns - assigning 1024 chars to a string

第一个结果无论是分配 2 个字符、8 个字符还是其他字符，总是比其他结果慢得多。我试过在循环之前放置 1 个赋值，但结果仍然没有太大改变。

有谁知道为什么前几次分配到字符串中比较慢？我环顾四周，但只找到了由于 JIT 编译器而发生的答案，但 C 不使用这些。

Answer 1

您的代码实际上并没有复制任何字符数据，因为您只是设置了一个指向字符串文字的指针。

因此，整个前提是错误的，“分配”的字符数与花费的时间之间没有相关性。

这是一个超微基准，很难做到正确，因为您实际上是在尝试测量单个指针大小赋值所花费的时间，这实际上不是很多代码。

速度差异可能是由缓存/内存延迟引起的。您可以阅读生成的代码以确定 str 是否存储在寄存器中，当然也可以使用优化设置。

注意:您的测量方法，平均，意味着开销的缓存占用空间(time_diffs 数组)比测试本身的占用空间大很多，所以这是可能是什么导致了不规则，第一次 time_diffs 没有被缓存。