c++ - 当迭代器是类成员时，为什么在C++中for循环变慢

Question

以前我自己曾问过这个问题，虽然不是很好。我已对此进行了改写和扩展，希望我澄清了两点。从初学者的 Angular 来看，这个问题非常多。

下面是一个简短的示例代码，该代码内联运行并作为函数的一部分运行。

代码将1加到数组的每个元素上，然后将每个元素除以2。目前这是任意的，只是占位符，可以处理更复杂但非常等效的内容。

作为背景，这会阻止实时应用程序的音频处理。这就是原因

int N = 44.1e3 * 60;

因此，从本质上讲，这将处理1分钟以44.1kHz采样的音频。

内联编写的显式代码比功能代码运行得快得多。尽管已经声明了计时器，但这并不是一个小小的区别，而是一个方法的问题，一个方法在1秒钟内运行，另一个方法在8秒钟左右(ymmv)。

函数调用将产生开销的罚款。可以通过更改优化标志来提高速度，但是没有什么办法可以使这两种方法都在相似的时间范围内运行。

我的问题是:

是否可以更改函数调用方法，同时仍将其作为类保留在类中，以使其以与内联方法相似或完全相同的速度运行？

是否可以使用任何编译器标志，这将导致两种方法在相似的时间范围内运行？如果是这样，它们将如何在Xcode中使用，最好是建议使用资源详细说明用法。

下面的代码很简单，从风格上讲不是很专业。这是为了减少混乱，并希望将注意力集中在主要问题上。

如果可以对类定义进行任何更改以适用于上述问题，我非常高兴。否则，我了解您的不满，但在这里可能与您无关。

提供的时钟输出不是一个全面的基准测试工具。它包括两种方法之间较大的时差的基本说明。

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <math.h>

class someClass {
    int n, i;           // internal class loop indeces
    double foo[1000];
    int I = floor(sizeof(foo)/sizeof(foo[0])); // number of elements in foo
public:
    void someFunction(int);
};

void someClass::someFunction(int N){
    for(n=N;n--; ){
        for(i=I;i--; ){
            foo[i]+= 1;
            foo[i]*= .5;
        }
    }
}


int main(){

    // this was initially an audio processing problem
    // Essentially, process a minute of audio

        int N = 44.1e3 * 60;


    //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
    /// The Explicit Method
    //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
    int n,i;             // loop indeces
    double bar[1000];
    int I = floor(sizeof(bar)/sizeof(bar[0]));

    // START CLOCK
    std::clock_t start;
    double duration;
    start = std::clock();


    // Exactly what is defined in the function 'someFunction' above
    for(n=N;n--; ){
        for(i=I;i--; ){
            bar[i]+= 1;
            bar[i]*=.5;
        }
    }

    // END CLOCK
    duration = ( std::clock() - start ) / (double) CLOCKS_PER_SEC;
    std::cout<<"Explicit Method Time (seconds): "<< duration <<'\n';

    //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
    //  The Function Method
    //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
    someClass testClass;

    // START CLOCK
    start = std::clock();

    testClass.someFunction(N);

    // END CLOCK
    duration = ( std::clock() - start ) / (double) CLOCKS_PER_SEC;
    std::cout<<"Member Function Time (seconds): "<< duration <<'\n';

    return 0;

}

Answer 1

我稍微重新编写了您的代码，如下所示:

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <cmath>

class someClass {
   int n, i;           // internal class loop indeces
   double foo[1000];
   int I = ::std::floor(sizeof(foo)/sizeof(foo[0])); // number of elements in foo
 public:
   void someFunction(int);
};

void someClass::someFunction(int N)
{
   for(n=N; n--; ) {
      for(i=I; i--; ) {
         foo[i] += 1;
         foo[i] *= .5;
      }
   }
}


int main()
{

    // this was initially an audio processing problem
    // Essentially, process a minute of audio

   int N = 44.1e3 * 60;

   {
      //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
      /// The Explicit Method
      //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
      int n, i;             // loop indeces
      double bar[1000];
      int I = floor(sizeof(bar)/sizeof(bar[0]));

      // START CLOCK
      auto start = ::std::chrono::high_resolution_clock::now();


      // Exactly what is defined in the function 'someFunction' above
      for(n=N;n--; ){
         for(i=I;i--; ){
            bar[i]+= 1;
            bar[i]*=.5;
         }
      }

      // END CLOCK
      auto end = ::std::chrono::high_resolution_clock::now();

      std::chrono::duration<double> duration_secs = end - start;

      std::cout<<"Explicit Method Time (seconds): "<< duration_secs.count() <<'\n';
   }

   {
      //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
      //  The Function Method
      //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
      someClass testClass;

      // START CLOCK
      auto start = ::std::chrono::high_resolution_clock::now();

      testClass.someFunction(N);

      // END CLOCK
      auto end = ::std::chrono::high_resolution_clock::now();

      std::chrono::duration<double> duration_secs = end - start;
      std::cout<<"Member Function Time (seconds): "<< duration_secs.count() <<'\n';
   }

    return 0;
}

现在，我得到以下输出:

$ /tmp/a.out 
Explicit Method Time (seconds): 3.89e-07
Member Function Time (seconds): 1.46e-07

因此，对我来说，显式方法要慢得多。尽管它们仍然时间太短，所以几乎不值得测量。两者都在数百纳秒的数量级。令人印象深刻的是计时器具有足以测量的高分辨率。

那么，下一个问题是，您正在使用哪个编译器？您正在编译什么平台？

关于您的代码，还有很多事情是次优的。我刚刚清理了包含文件，使用了C++ 11中的 ::std::chrono进行计时，并为计时您的内联版本和成员函数版本做了明确的范围。

我在gcc 7.2上使用-O3进行了编译。由于它使用未初始化的数组，因此它仍然包含未定义的行为。通过查看代码，gcc意识到甚至从未使用过数组，并且没有生成任何代码。因此，基本上，是对 now的背对背调用。内联版本和成员函数之间的时间差可以完全归因于基本舍入误差。

因此，答案是，您的代码仍然没有显示您正在谈论的问题，并且您仍然没有提供足够的详细信息。 :-)或者，答案就在您使用的编译器和提供的选项中。