C++中的向量和数组

Question

已经广泛讨论了C++向量和普通数组之间的性能差异,例如这里和这里.通常讨论的结论是,当使用[]运算符访问并且编译器启用内联函数时,向量和数组在性能方面类似.这就是预期的原因,但我遇到的情况似乎并非如此.以下几行的功能非常简单:采用3D体积并交换并应用某种3D小面具一定次数.根据VERSION宏的不同,卷将被声明为向量,并通过atoperator(VERSION=2)访问,声明为向量并通过[](VERSION=1)访问或声明为简单数组.

#include <vector>
#define NX 100
#define NY 100
#define NZ 100
#define H  1
#define C0 1.5f
#define C1 0.25f
#define T 3000

#if !defined(VERSION) || VERSION > 2 || VERSION < 0 
  #error "Bad version"
#endif 

#if VERSION == 2
  #define AT(_a_,_b_) (_a_.at(_b_))
  typedef std::vector<float> Field;
#endif 

#if VERSION == 1
  #define AT(_a_,_b_) (_a_[_b_])
  typedef std::vector<float> Field;
#endif 

#if VERSION == 0
  #define AT(_a_,_b_) (_a_[_b_])
  typedef float* Field;
#endif 

#include <iostream>
#include <omp.h>

int main(void) {

#if VERSION != 0 
  Field img(NX*NY*NY);
#else
  Field img = new float[NX*NY*NY];
#endif 


  double end, begin;
  begin = omp_get_wtime();  

  const int csize = NZ;
  const int psize = NZ * NX;
  for(int t  = 0; t < T; t++ ) {

    /* Swap the 3D volume and apply the "blurring" coefficients */
    #pragma omp parallel for
    for(int j = H; j < NY-H; j++ ) { 
      for( int i = H; i < NX-H; i++ ) {
        for( int k = H; k < NZ-H; k++ ) {
          int eindex = k+i*NZ+j*NX*NZ;
          AT(img,eindex) = C0 * AT(img,eindex) +
              C1 * (AT(img,eindex - csize) +
                    AT(img,eindex + csize) + 
                    AT(img,eindex - psize) + 
                    AT(img,eindex + psize) );
        }
      }
    }
  }

  end = omp_get_wtime();
  std::cout << "Elapsed "<< (end-begin) <<" s." << std::endl;

 /* Access img field so we force it to be deleted after accouting time */
 #define WHATEVER 12.f
 if( img[ NZ ] == WHATEVER ) { 
   std::cout << "Whatever" << std::endl;
 }


#if VERSION == 0
  delete[] img;
#endif 

}

可以预期代码将使用VERSION=1和执行相同的操作VERSION=0,但输出如下:

• 版本2:经过了6.94905秒.
• 版本1:经过4.08626秒
• 版本0:经历了1.97576秒.

如果我在没有OMP的情况下编译(我只有两个核心),我会得到类似的结果:

• 版本2:经过10.9895秒.
• 版本1:经过7.14674秒
• 版本0:经过3.25336秒.

我总是使用GCC 4.6.3和编译选项编译-fopenmp -finline-functions -O3(我当然-fopenmp在没有omp的情况下编译时删除)是否有我做错的事情,例如编译时？或者我们真的应该期待向量和数组之间的差异吗？

PS:我不能使用std :: array,因为我依赖的编译器不支持C11标准.使用ICC 13.1.2,我得到了类似的行为.

Answer 1

我尝试了你的代码，使用 chrono 来计算时间。

我用 clang （版本 3.5）和 libc++ 编译。

clang++ test.cc -std=c++1y -stdlib=libc++ -lc++abi -finline-functions -O3

VERSION 0 和 VERSION 1 的结果完全相同，没有太大区别。平均都是3.4秒（我用的是虚拟机所以比较慢）。

然后我尝试了g++（版本4.8.1），

g++ test.cc -std=c++1y -finline-functions -O3

结果显示，对于VERSION 0，它是4.4秒（大约），对于VERSION 1，它是5.2秒（大约）。

然后，我尝试了 clang++ 和 libstdc++。

clang++ test.cc -std=c++11 -finline-functions -O3

瞧，结果又回到了 3.4 秒。

所以，这纯粹是g++的优化“bug”。