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c++ - 为什么我必须在 g++ 中打开优化以进行简单的数组访问？

coder 2023-11-17 原文

我在 C++ (gcc/Linux) 中使用 double 的 std::vector 编写了一个简单的高斯消除算法。现在我已经看到运行时取决于编译器的优化级别(使用 -O3 最多快 5 倍)。我写了一个小测试程序并收到了类似的结果。问题不在于 vector 的分配，也不在于调整大小等。

声明是一个简单的事实:

v[i] = x + y / z;

(或类似的东西)在没有优化的情况下要慢得多。我认为问题出在索引运算符上。如果没有编译器优化，std::vector 比原始 double *v 慢，但当我打开优化时，性能是相等的，令我惊讶的是，甚至对原始 double *v 的访问速度更快。

对这种行为有解释吗？我真的不是专业的开发人员，但我认为编译器应该能够将上述语句直接转换为硬件指令。为什么需要开启优化，更重要的是，优化的缺点是什么？ (如果没有，我想知道为什么优化不标准。)

这是我的 vector 测试代码:

const long int count = 100000;
const double pi = 3.1416;
void C_array (long int size)
{
  long int start = time(0);
  double *x = (double*) malloc (size * sizeof(double));
  for (long int n = 0; n < count; n++)
    for (long int i = 0; i < size; i++)
      x[i] = i;
      //x[i] = pi * (i-n);
  printf ("C array   : %li s\n", time(0) - start);
  free (x);
}

void CPP_vector (long int size)
{
  long int start = time(0);
  std::vector<double> x(size);
  for (long int n = 0; n < count; n++)
    for (long int i = 0; i < size; i++)
      x[i] = i;
      //x[i] = pi * (i-n);
  printf ("C++ vector: %li s\n", time(0) - start);
}

int main ()
{
  printf ("Size of vector: ");
  long int size;
  scanf ("%li", &size);

  C_array (size);
  CPP_vector (size);
  return 0;
}

我收到了一些奇怪的结果。对于大小为 20 000 的 vector ，标准的 g++ 编译生成运行时 8 秒(C 数组)或 18 秒(std::vector)。如果我在 /后面使用更复杂的行/..，运行时间为 8/15 秒(是的，更快)。如果我打开 -O3，则对于 40,000 vector 大小，运行时间为 5/5 秒。

最佳答案

为什么我们需要优化/调试版本？

优化可能会完全重新排序指令序列、消除变量、内联函数调用并使可执行代码与源代码相距甚远，以至于您无法对其进行调试。因此，不使用优化的原因之一是保留调试代码的可能性。当您的代码(当您相信您的代码已)完全调试时，您可以打开优化以生成发布版本。

为什么调试代码很慢？

  • 要记住的一件事是，STL 的调试版本可能包含对边界和迭代器有效性的额外检查。这会使代码速度减慢 10 倍。已知这是 Visual C++ STL 的一个问题，但在您的情况下您没有使用它。我不知道 gcc 的 STL 的最新技术水平。
  • 另一种可能性是您正在以非线性顺序访问内存，从而产生大量缓存未命中。在 Debug模式下，编译器将尊重您的代码并生成这种低效代码。但是当优化开启时，它可能会将您的访问重写为顺序访问并且不会产生任何缓存未命中。

怎么办？

您可以尝试展示一个简单的可编译示例来展示该行为。然后我们可以编译并查看程序集来解释到底发生了什么。如果遇到缓存问题，您正在处理的数据大小很重要。

链接

关于c++ - 为什么我必须在 g++ 中打开优化以进行简单的数组访问？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/26616576/

amp43codestrongvectorc++cperformancecompiler-optimization

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