为什么std::valarray会很慢。

最新推荐文章于 2022-11-13 20:52:24 发布

益阳浪子

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分类专栏：学习C++ 文章标签： integer c class 优化

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本文作者通过对比实验发现，std::valarray在执行计算时的性能显著低于普通循环和直接使用指针访问。尽管std::valarray提供了丰富的操作，但在VCdebug模式下，由于额外的检查导致性能下降。后续文章将探讨优化策略。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

(sguox002原创作品，欢迎批评，转载请保留作者信息）

std::valarray有着很多吸引人的特性。比如下标数组，切割，逻辑，算术运算。我们慢慢学习。

在这之前，我想看一下这个类的性能如何，因此我编了一个小程序，来做同样的计算。结果发现valarray要比普通的循环要慢得多。我将会在另一片文章中说明如何解决这个问题。

#include <iostream>

#include <valarray>
#include <iostream>
#include "windows.h"

using namespace std ;

class hptime
{
LARGE_INTEGER sys_freq;
public:
hptime(){QueryPerformanceFrequency(&sys_freq);}

double gettime()
{
LARGE_INTEGER tick;
QueryPerformanceCounter(&tick);
return (double)tick.QuadPart*1000.0/sys_freq.QuadPart;
}
};

int main()
{
hptime t0;
enum { N = 5*1024*1024 };
valarray<double> a(N), b(N), c(N) ;
int i,j;
for( j=0 ; j<8 ; ++j )
{
for( i=0 ; i<N ; ++i )
{
a[i]=rand();
b[i]=rand();
}

double* a1 = &a[0], *b1 = &b[0], *c1 = &c[0] ;
double dtime=t0.gettime();
for( i=0 ; i<N ; ++i ) c1[i] = a1[i] * b1[i] ;
dtime=t0.gettime()-dtime;
cout << "double operator* " << dtime << " ms\n" ;

dtime=t0.gettime();
c = a*b ;
dtime=t0.gettime()-dtime;
cout << "valarray operator* " << dtime << " ms\n" ;

dtime=t0.gettime();
for( i=0 ; i<N ; ++i ) c[i] = a[i] * b[i] ;
dtime=t0.gettime()-dtime;
cout << "valarray[i] operator* " << dtime<< " ms\n" ;

cout << "------------------------------------------------------\n" ;
}

}

打开优化运行结果为：

double operator* 60.655 ms
valarray operator* 149.445 ms
valarray[i] operator* 37.7197 ms
------------------------------------------------------
double operator* 33.4131 ms
valarray operator* 113.355 ms
valarray[i] operator* 37.4807 ms
------------------------------------------------------
double operator* 32.4348 ms
valarray operator* 111.492 ms
valarray[i] operator* 38.5 ms
------------------------------------------------------
double operator* 32.9003 ms
valarray operator* 112.317 ms
valarray[i] operator* 37.0661 ms
------------------------------------------------------

这个程序中有几点值得指出：

1。类的私有成员仍然可以通过指针直接存取，C++只是提供编译时的存取控制，从概念上实现封装，但是它不能防止任何运行时的存取。

2。VCdebug模式的运行结果更慢，可能10倍以上。是因为类里的assert等检查都会严重影响性能。(The reason of slowness stated here is not true in this case, see the other article Debug&Release for details-----by the author)

3。高精度时钟，其精度在微秒。