为什么在Visual Studio 2015上valarray这么慢？

Question

为了加快库中的计算速度，我决定使用std::valarray该类。该文件说：

std :: valarray和helper类被定义为不包含某些形式的别名，因此可以优化对这些类的操作，类似于C编程语言中关键字limit的效果。此外，允许使用valarray参数的函数和运算符返回代理对象，以使编译器可以优化表达式，例如v1 = a * v2 + v3; 作为执行v1 [i] = a * v2 [i] + v3 [i]的单个循环；避免任何临时或多次通过。

这正是我所需要的。当我使用g ++编译器时，它的工作方式如文档中所述。我开发了一个简单的示例来测试std::valarray性能：

void check(std::valarray<float>& a)
{
   for (int i = 0; i < a.size(); i++)
      if (a[i] != 7)
         std::cout << "Error" << std::endl;
}

int main()
{
   const int N = 100000000;
   std::valarray<float> a(1, N);
   std::valarray<float> c(2, N);
   std::valarray<float> b(3, N);
   std::valarray<float> d(N);

   auto start = std::chrono::system_clock::now();
   d = a + b * c;
   auto end = std::chrono::system_clock::now();

   std::cout << "Valarr optimized case: "
      << (end - start).count() << std::endl;

   check(d);

   // Optimal single loop case
   start = std::chrono::system_clock::now();
   for (int i = 0; i < N; i++)
      d[i] = a[i] + b[i] * c[i];
   end = std::chrono::system_clock::now();
   std::cout << "Optimal case: " << (end - start).count() << std::endl;

   check(d);
   return 0;
}

在g ++上，我得到了：

Valarr optimized case: 1484215
Optimal case: 1472202

似乎所有操作d = a + b * c;实际上都放在一个周期中，这在保持性能的同时简化了代码。但是，当我使用Visual Studio 2015时，这不起作用。对于相同的代码，我得到：

Valarr optimized case: 6652402
Optimal case: 1766699

差异几乎是四倍。没有优化！为什么std::valarray在Visual Studio 2015上无法按需工作？我做对了吗？我如何不放弃就解决问题std::valarray？

Answer 1

我做对了吗？

您做对了所有事情。问题出在Visual Studio std::valarray实现中。

为什么std::valarray在Visual Studio 2015上无法按需工作？

例如，只需打开任何valarray运算符的实现即可operator+。您将看到类似（宏扩展后）的内容：

   template<class _Ty> inline
      valarray<_Ty> operator+(const valarray<_Ty>& _Left,
         const valarray<_Ty>& _Right)
   {
      valarray<TYPE> _Ans(_Left.size());
      for (size_t _Idx = 0; _Idx < _Ans.size(); ++_Idx)
         _Ans[_Idx] = _Left[_Idx] + _Right[_Idx];
      return (_Ans)
   }

如您所见，将创建一个新对象，在该对象中复制操作结果。确实没有优化。我不知道为什么，但这是事实。看起来像在Visual Studio中一样，std::valarray只是为了兼容性而添加的。

为了进行比较，请考虑GNU实现。如您所见，每个运算符都返回模板类_Expr，该模板类仅包含operation，但不包含数据。真正的计算在赋值运算符中进行，更具体地说，在__valarray_copy函数中进行。因此，在执行分配之前，所有操作都会在proxy对象上执行_Expr。仅operator=调用一次，操作存储_Expr在一个循环中。这就是为什么您使用g ++获得如此好的结果的原因。

我该如何解决这个问题？

您需要std::valarray在互联网上找到合适的 实施方式，也可以编写自己的实施方式。您可以使用GNU实现作为示例。