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我正在阅读 Nicolai M.Josuttis 撰写的“The C++ STL. A Tutorial and References”一书,在专门介绍 STL 算法的一章中,作者陈述如下:如果你调用 remove()列表的元素,算法不知道它正在对列表进行操作,因此会执行它的操作适用于任何容器:通过更改元素的值重新排序元素。例如,如果算法删除第一个元素后,所有后续元素都将分配给它们之前的元素。这行为与列表的主要优点相矛盾:通过插入、移动和删除元素的能力修改链接而不是值。为了避免性能不佳,列表为所有操作算法提供了特殊的成员函数。你应该总是喜欢他们。此外,这些成员函数确实删除了“已删除”的元素,如本例所示:
#include <list>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main()
{
list<int> coll;
// insert elements from 6 to 1 and 1 to 6
for (int i=1; i<=6; ++i) {
coll.push_front(i);
coll.push_back(i);
}
// remove all elements with value 3 (poor performance)
coll.erase (remove(coll.begin(),coll.end(),
3),
coll.end());
// remove all elements with value 4 (good performance)
coll.remove (4);
}
当然,这似乎足以让我进一步考虑,但无论如何,我决定在我的 PC 上查看运行类似代码的结果,尤其是在 MSVC 2013 环境中。这是我即兴创作的代码:
int main()
{
srand(time(nullptr));
list<int>my_list1;
list<int>my_list2;
int x = 2000 * 2000;
for (auto i = 0; i < x; ++i)
{
auto random = rand() % 10;
my_list1.push_back(random);
my_list1.push_front(random);
}
list<int>my_list2(my_list1);
auto started1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
my_list1.remove(5);
auto done1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
cout << "Execution time while using member function remove: " << chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(done1 - started1).count();
cout << endl << endl;
auto started2 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
my_list2.erase(remove(my_list2.begin(), my_list2.end(),5), my_list2.end());
auto done2 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
cout << "Execution time while using generic algorithm remove: " << chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(done2 - started2).count();
cout << endl << endl;
}
当看到下面的输出时我很惊讶:
Execution time while using member function remove: 10773
Execution time while using generic algorithm remove: 7459
您能否解释一下这种矛盾行为的原因是什么?
最佳答案
这是一个缓存问题。大多数性能问题都是缓存问题。我们总是认为算法是首先要看的。但是,如果您故意强制编译器在一次运行中使用来自不同位置的内存,而在下一次运行中使用所有来自下一个位置的内存,您将看到缓存问题。
通过在构建原始列表时注释掉 push_back
或 push_front
,我强制编译器创建代码以在 中构建具有连续内存元素的列表my_list1
.
my_list2
始终位于连续内存中,因为它是在单个拷贝中分配的。
运行输出:
Execution time while using member function remove: 121
Execution time while using generic algorithm remove: 125
Process finished with exit code 0
这是我的代码,其中一个推送被注释掉了。
#include <list>
#include <algorithm>
#include <chrono>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
srand(time(nullptr));
list<int>my_list1;
// list<int>my_list2;
int x = 2000 * 2000;
for (auto i = 0; i < x; ++i)
{
auto random = rand() % 10;
// my_list1.push_back(random); // avoid pushing to front and back to avoid cache misses.
my_list1.push_front(random);
}
list<int>my_list2(my_list1);
auto started1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
my_list1.remove(5);
auto done1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
cout << "Execution time while using member function remove: " << chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(done1 - started1).count();
cout << endl << endl;
auto started2 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
my_list2.erase(remove(my_list2.begin(), my_list2.end(),5), my_list2.end());
auto done2 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
cout << "Execution time while using generic algorithm erase: " << chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(done2 - started2).count();
cout << endl << endl;
}
通过增加元素的数量并颠倒调用顺序以使删除先发生然后删除发生,删除需要更长的时间。同样,这更多的是关于缓存,而不是关于算法或正在完成的工作量。如果您正在运行另一个会弄脏缓存、检查互联网或移动鼠标的程序,则您的 32 KB L1 缓存将被弄脏,并且该运行的性能会下降。
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我是一名优秀的程序员,十分优秀!