在这种情况下，为什么 std::vector 比 new[] 慢？

Question

出于性能原因，我想测试

std::vector

和

new[]

之间的速度差异。在这样做的过程中，我得到了意想不到的结果。

为了获得结果，我使用了以下两个函数：

void test_copy_vectors(int size) {
    std::vector<int> int_vector(size);
    std::vector<int> copy_vector(size);

    std::copy_n(int_vector.begin(), size, copy_vector.begin());
}

对于

new[]

我用过

void test_copy_new(int size) {
    int *elements = new int[size]();
    int *elements_copy = new int[size]();

    std::memcpy(elements_copy, elements, size * sizeof(int));

    delete[] elements;
    delete[] elements_copy;
}

然后为了获得我的结果，我在

main()

中使用了它们，如下所示：

int main(int argc, char **argv) {
    (void) argc;

    int size = std::stoi(std::string(argv[1]));

    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    test_copy_vectors(size);
    auto stop = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    std::cout << "Vector example took: " <<
        std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(stop - start).count()
        << " milliseconds" << std::endl;


    start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    test_copy_new(size);
    stop = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    std::cout << "new[] example took: " <<
        std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(stop - start).count()
        << " milliseconds" << std::endl;
    
    return 0;
}

最后，我用

clang++ main.cpp -O3 -o main

编译了程序，并运行了以下测试用例：

./main 100000000

。

这是我的结果：

       std::vector  |  new[]
----------------------------
Time:  343ms        |  46ms
       274ms        |  48ms
       212ms        |  48ms
       238ms        |  47ms

平均

new[]

比 std::vector 快大约 5.68 倍，但是考虑到我在网上找到的资源都表明

std::vector

不应该产生任何剧烈的速度，我预计它们的速度或多或少相同单个内存分配的性能损失。

考虑到这种情况，有什么理由可以解释为什么 std::vector 在这个例子中表现得这么差吗？

请注意，问题中提供的函数在我的测试版本中略有更改，以防止编译器优化某些函数。然而，它们的改变方式根本不会影响结果。

Answer 1

在 std::vector 和 new[] 之间的比较中，您观察到的性能差异可归因于以下几个因素：

动态内存分配开销：std::vector 内部管理动态内存分配，与 new[] 执行的单个分配相比，这涉及额外的开销。每个 std::vector 对象可能涉及单独的分配和释放调用，而不是 new[] 中的单个分配和释放调用。

初始化开销：在 test_copy_vectors 函数中，您使用默认初始化值初始化 std::vector，而在 test_copy_new 中，您使用 std::memcpy 直接复制内存。与 new[] 中的直接内存复制相比，std::vector 中的初始化过程可能会增加开销。

内存碎片：使用 new[]，您分配一个连续的内存块，与 std::vector 管理的内存相比，这在内存布局和缓存利用率方面可能更有效，后者可能涉及更小的、非由于其动态调整大小行为，连续的内存块。

优化：虽然 std::vector 和 new[] 都可以由编译器优化，但优化潜力可能不同。在这种特定情况下，std::vector 的编译器优化可能不那么有效，导致与使用 new[] 手动管理内存相比性能较差。

为了减轻性能差异，您可以考虑：

如果您事先知道大小，请使用 Reserve() 在 std::vector 中预分配空间，以避免重复重新分配。 在适用的情况下使用移动语义来最大限度地减少 std::vector 中不必要的复制开销。 使用不同的优化标志进行分析和试验，看看是否可以缩小 std::vector 和 new[] 之间的性能差距。 总之，虽然 std::vector 通常为了方便和安全而进行了优化，但在某些情况下，使用 new[] 进行手动内存管理可以提供更好的性能，特别是当微调内存使用和最小化开销至关重要时。 欲了解更多信息，请访问https://recipedoor.com/