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Vector 就像是 C++ STL 容器的瑞士軍刀。Bjarne Stoutsoup 有一句話 – “一般情況下，如果你需要容器，就用 vector”。像我們這樣的普通人把這句話當(dāng)作真理，只需要照樣去做。然而，就像其它工具一樣，vector 也只是個(gè)工具，它能提高效率，也能降低效率。

這篇文章中我們可以看到 6 種優(yōu)化使用 vector 的方法。我們會(huì)在最常見的使用 vector 的開發(fā)任務(wù)中看到有效的方法和無效的方法，并以此衡量有效使用 vector 會(huì)帶來怎樣的性能提升，并試圖理解為什么能得到這樣的性能提升。

性能測試的搭建和方法:

• 所有測試都在我的 Surface Book 中運(yùn)行，這臺(tái)筆記本擁有主頻 2.6Ghz 的酷睿 i7 處理器，8 GB 內(nèi)存，安裝了 Windows 10 操作系統(tǒng)并使用 VS2015 C++ 編譯器編譯運(yùn)行。

• 我們會(huì)使用 Stopwatch。這個(gè)工具由 Kjell 創(chuàng)建，在?可以找到。

• 我們會(huì)運(yùn)行每個(gè)測試 100 次，然后計(jì)算平均運(yùn)行時(shí)間來作為依據(jù)。運(yùn)行測試的代碼在。你可以自由下載，用于在你自己的系統(tǒng)中評估 vector 的性能。那里提供的代碼段只反映了一次循環(huán)，這讓事件變得簡單。

• 我們在 vector 中存入 TestStruct 結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，并使用 FillVector() 來填充 vector。它們的定義如下。

馬上開始在 C++ 11 中優(yōu)化 vector 用法的介紹。

#1 提前分配足夠的空間以避免不必要的重新分配和復(fù)制周期

程序員喜歡使用 vector，因?yàn)樗麄冎恍枰蛉萜髦刑砑釉?#xff0c;而不用事先操心容器大小的問題。但是，如果由一個(gè)容量為 0 的 vector 開始，往里面添加元素會(huì)花費(fèi)大量的運(yùn)行性能。如果你之前就知道 vector 需要保存多少元素，就應(yīng)該提前為其分配足夠的空間。

這里有一個(gè)簡單的示例，往 vector 里添加 1 萬個(gè)測試結(jié)構(gòu)的實(shí)例——先進(jìn)行不預(yù)分配空間的測試再進(jìn)行有預(yù)分配的測試。

在我的計(jì)算機(jī)中，未預(yù)分配空間的情況用了 5145 微秒(us)，而預(yù)分配了空間的情況下只用了 1279 微秒，性能提高了 75.14%！！！

這個(gè)情況在 Scott Meyers 的書中得到了很好的解釋，這本書叫?:

“對于 vector 和 string，在需要更多空間的時(shí)候，會(huì)做與 realloc 等效的事情。這種類似 realloc 的操作有4個(gè)步驟：

1. 分別一個(gè)新的內(nèi)存塊，其容量是容器當(dāng)前容量的數(shù)倍。多數(shù)實(shí)現(xiàn)中，vector 和 string 容量的提升因子在 1.5 和 2 之間。

2. 從容器原來占用的內(nèi)存中將元素拷貝到新分配的內(nèi)存中。

3. 釋放原有內(nèi)存中的對象。

4. 釋放原有內(nèi)存。

有了所有這些操作：分配、回收、拷貝和釋放，如果說這些步驟（對于性能）極其昂貴，你一點(diǎn)都不應(yīng)該感到驚訝。當(dāng)然，你肯定不希望頻繁的進(jìn)行這樣的操作。如果這還沒有打動(dòng)你，那么想想每次進(jìn)行這些步驟的時(shí)候，vector 和 string 中所有的迭代器、指針和引用都會(huì)失效。這意味著一個(gè)簡單的插入操作，對于其它使用了當(dāng)前 vector 或 string 中的迭代器、指針或引用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，都有可能引起對它們進(jìn)行更新?！?/p>

2.使用 shrink_to_fit() 釋放 vector 占用的內(nèi)存， – clear() 或 erase() 不會(huì)釋放內(nèi)存。

與大家所想的相反，使用 erase() 或 clear() 從 vector 中刪除元素并不會(huì)釋放分配給 vector 的內(nèi)存。做個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)就可以證明這一點(diǎn)。我們往一個(gè) vector 中添加 100 個(gè)元素，然后在這個(gè) vector 上調(diào)用 clear() 和 erase()。然后我們可以讓 capacity() 函數(shù)告訴我們?yōu)檫@個(gè)容器分配的內(nèi)存可以存入多少元素。

下面是輸出：

從上面的輸出可以看到，erase() 或 clear() 不會(huì)減少 vector 占用的內(nèi)存。如果在代碼中到達(dá)某一點(diǎn)，不再需要 vector 時(shí)候，請使用 std::vector::shrink_to_fit() 方法釋放掉它占用的內(nèi)存。

請注意，shrink_to_fit() 可能沒有被所有編譯器供應(yīng)商完全支持。這種情況下，可以使用“Swap 慣用法”來清空 vector，代碼如下：

container<T>( c ).swap( c ); // shrink-to-fit 慣用法，用于清空存儲(chǔ)空間

container<T>().swap( c ); // 用于清空所有內(nèi)容和存儲(chǔ)空間的慣用法

如果你對此感興趣，請查看“”一書的條款# 82，其中有針對 swap 慣用法的細(xì)節(jié)介紹。

3. 在填充或者拷貝到 vector 的時(shí)候，應(yīng)該使用賦值而不是 insert() 或push_back().

從一個(gè) vector 取出元素來填充另一個(gè) vector 的時(shí)候，常有三種方法 – 把舊的 vector 賦值給新的 vector，使用基于迭代器的 std::vector::insert() 或者使用基于循環(huán)的 std::vector::push_back()。這些方法都展示在下面：

這是它們的性能：

賦值: 589.54 us

insert(): 1321.27 us

push_back(): 5354.70 us

我們看到 vector 賦值比 insert() 快了 55.38%，比 push_back() 快了 89% 。

為什么會(huì)這樣???

賦值非常有效率，因?yàn)樗酪截惖?vector 有多大，然后只需要通過內(nèi)存管理一次性拷貝 vector 內(nèi)部的緩存。

所以，想高效填充 vector，首先應(yīng)嘗試使用 assignment，然后再考慮基于迭代器的 insert()，最后考慮 push_back。當(dāng)然，如果你需要從其它類型的容器拷貝元素到 vector 中，賦值的方式不可行。這種情況下，只好考慮基于迭代器的 insert()。

4. 遍歷 std::vector 元素的時(shí)候，避免使用 std::vector::at() 函數(shù)。

遍歷 vector 有如下三種方法：

使用迭代器

使用 std::vector::at() 成員函數(shù)

使用下標(biāo) – [ ] 運(yùn)算符

下面展示了每種用法：

輸出是：

顯而易見，用 std::vector::at() 函數(shù)訪問 vector 元素是最慢的一個(gè)。

5. 盡量避免在 vector 前部插入元素

任何在 vetor 前部部做的插入操作其復(fù)雜度都是 O(n) 的。在前部插入數(shù)據(jù)十分低效，因?yàn)?vector 中的每個(gè)元素項(xiàng)都必須為新的項(xiàng)騰出空間而被復(fù)制。如果在 vector 前部連續(xù)插入多次，那可能需要重新評估你的總體架構(gòu)。

做個(gè)有趣的嘗試，下面是在 std::vector 前部做插入和在 std::list 前部部做插入的對比：

如果我運(yùn)行這個(gè)測試10，其中使用一個(gè)包含100個(gè)元素的vector，那么輸出結(jié)果如下：

在 list 前部部插入操作比在 vector 前部部快大約58836%。不用感到奇怪，因?yàn)樵?list 前部做元素插入的算法，其復(fù)雜度為 O(1)。顯然，vector 包含元素越多，這個(gè)性能測試的結(jié)果會(huì)越差。

6. 在向 vector 插入元素的時(shí)候使用 emplace_back() 而不是 push_back()。

幾乎趕上 C++11 潮流的每個(gè)人都明確地認(rèn)同“安置”這種往 STL 容器里插入元素的方法。理論上來說，“安置”更有效率。然而所有實(shí)踐都表明，有時(shí)候性能差異甚至可以忽略不計(jì)。

思考下面的代碼：

如果運(yùn)行100次，會(huì)得到這樣的輸出：

可以清楚的看到，“安置”函數(shù)比插入函數(shù)性能更好 – 但只有 177 微秒的差距。在所有情況下，他們大致是相當(dāng)?shù)摹?/p>

僅在以下情況下，Emplacement 函數(shù)可能會(huì)更快：

要添加的值是在 vector 中構(gòu)造的，而不是賦值的。

傳遞的參數(shù)類型與 vector 中保存的類型不同。例如，如果一個(gè)向量包含 std :: string，但我們傳遞一個(gè)字符串值到該 vector。

即使上述兩個(gè)條件都不成立，如本例所示的，你也不要因?yàn)樵诓迦霑r(shí)使用 emplacement 而掉以輕心。

更多關(guān)于 emplacement vs. insertion 的詳細(xì)信息，請查看 Scott Meyer 的““一書中的條目＃42。

結(jié)語

與任何第三方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)一樣，你不應(yīng)盲目地依賴此處提供的結(jié)果和建議。在不同的操作系統(tǒng)、處理器體系結(jié)構(gòu)和編譯器設(shè)置上測試時(shí)，你可能遇到很多不確定因素。因此，你需要根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)，自己做出衡量。

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/simonote/p/9265374.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的提升vector性能的几个技巧的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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