Question

我有问题要通过使用索引访问（使用operator []）或使用迭代器来纠正我对访问向量元素的效率的理解。

我的理解是“迭代器”比“索引访问”更有效。（我认为vector::end()比vector::size()更有效率。

现在我编写了示例代码测量它（在Windows 7下使用Cygwin，使用g ++ 4.5.3）

索引访问循环版本（以前标记为随机访问）：

int main()
{
  std::vector< size_t > vec ( 10000000 );
  size_t value = 0;

  for( size_t x=0; x<10; ++x )
  {
    for ( size_t idx = 0; idx < vec.size(); ++idx )
    {
      value += vec[idx];
    }
    return value;
  }
}

迭代器循环代码是这样的：

    for (std::vector< size_t >::iterator iter = vec.begin(); iter != vec.end(); ++iter) {
        value = *iter;
    }

我很惊讶地发现“索引访问”版本要快得多。我使用time命令来“测量”。数字是：

使用g++ source.cpp的结果（无优化）   索引访问

真正的800毫秒

迭代器访问

真正的2200毫秒

这些数字有意义吗？（我多次重复跑步）我想知道我错过了什么细节以及为什么我错了......

使用g ++ -O2的结果   索引访问，时间真实：~200ms

迭代器访问，时间真实：~200ms

我在不同平台上重复测试（amd64 w / g ++和power7 w xlC）并且看到我一直使用优化代码，示例程序的执行时间也相似。

修改更改了代码以添加值（value += *iter），而不仅仅是使用赋值。添加了有关编译器选项添加了使用-O2的新数字。 * edit2 更改标题，将“迭代效率”更正为“访问效率”。

Answer 1

没有看到测试工具，编译器选项，以及你如何衡量时间，很难说什么。另外，一个好的编译器可能因为循环具有，所以能够在一种情况下消除循环对返回的值没有影响。仍然，取决于实现，看到迭代器显着不会让我感到惊讶比索引更快（反之亦然）。

关于你的“理解”，没有什么固有的迭代器的类型及其性能。您可以编写前向迭代器这是非常快，或非常慢，就像你可以写随机访问迭代器非常快或非常慢。全球范围内的数据类型将支持随机访问迭代器的结构可能具有比那些没有的地方更好的地方，这可能有利于随机访问迭代器;但这真的不足以做到任何合理的概括。

Answer 2

当我使用-O2（Linux，GCC 4.6.1）编译这两个程序时，它们运行速度相同。

然后：你的第一个程序不使用迭代器，它使用 indices 。这些是不同的概念。

你的第二个程序实际上是使用随机访问迭代器，因为那是std::vector<T>::iterator的。对std::vector的限制是这样设计的，即迭代器可以实现为vector封装的动态数组的简单指针。

begin应该与size一样快。 std::vector的典型实现中两者之间的唯一区别是end可能需要计算begin() + size()，尽管size也可能实现为（{粗略）{{1} }}。但是，编译器可能会在循环中优化两者。

Answer 3

通过优化，两个代码应该（接近）相同。试试-O2。

如果没有优化并添加调试信息，您的测量结果会非常误导。

Answer 4

在第一个示例中，您使用value = vec[idx];取消引用每个单独的项目，这会导致每次访问元素时计算element_size * index的偏移量。

由于向量由连续的内存块中的元素组成，因此向量迭代器通常只是作为一个简单的指针实现，因此迭代向量（如第二个示例中所示）只需要将指针前进一个元素每次迭代。

但是，如果启用优化（尝试-O2或-O3），编译器可能会在第一个示例中优化您的循环，使其与第二个示例类似，从而使性能几乎完全相同。 / p>

Answer 5

实际上，我发现迭代器更快。尝试将迭代器循环重构为类似下面的内容，您也可以看到：

#include <ctime>
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{   
  std::vector< size_t > vec ( 1000000 );
  size_t value = 0;
  srand ( time(NULL) );
  clock_t start,stop;
  int ncycle = 10000;

  start = std::clock();
  for( size_t x=0; x<ncycle; ++x ) { 
    for ( size_t idx = 0; idx < vec.size(); ++idx )
      vec[idx] += rand();
  }   
  stop = std::clock();
  cout << start << " " << stop << endl;
  cout << "INDEX: " << (double((stop - start)) / CLOCKS_PER_SEC) / ncycle << " seconds per cycle" << endl;

  start = std::clock();
  for( size_t x=0; x<ncycle; ++x ) { 
    for (std::vector< size_t >::iterator iter = vec.begin(), end = vec.end(); iter != end; ++iter)
        *iter += rand();
  }   
  stop = std::clock();
  cout << "ITERATOR: " << (double((stop - start)) / CLOCKS_PER_SEC) / ncycle << " seconds per cycle" << endl;
}

我的电脑上显示以下结果，显示迭代器略有优势：

INDEX: 0.012069 seconds per cycle
ITERATOR: 0.011482 seconds per cycle

你应该注意我使用了一个rand（）;这可以防止编译器优化它可以在编译时计算的内容。使用内部数组而不是使用向量，编译器似乎更容易这样做，这可能会误导数组优于向量。

我用“icpc -fast”编译了上面的内容。 slavik关于在使用迭代器（ala指针）时必须对索引和递增进行计算是正确的。

向量索引访问与迭代器访问的效率

5 个答案: