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c++ - 为什么遍历比合并两个排序的 std::list 更耗时？

coder 2024-02-05 原文

令我惊讶的是，遍历比合并两个已排序的 std::list 花费的时间多 12%。由于合并可以被认为和实现为连续的元素比较、列表拼接和迭代器遍历两个分离的排序链表。因此，遍历不应比合并它们慢，尤其是当两个列表足够大时，因为迭代元素的比例正在增加。

但是，结果好像和我想的不符，我是这样验证上面的想法的:

std::list<int> list1, list2;

for (int cnt = 0; cnt < 1 << 22; cnt++)
    list1.push_back(rand());
for (int cnt = 0; cnt < 1 << 23; cnt++)
    list2.push_back(rand());

list1.sort();
list2.sort();

auto start = std::chrono::system_clock::now();  // C++ wall clock

// Choose either one option below
list1.merge(list2);         // Option 1
for (auto num : list1);     // Option 2
for (auto num : list2);     // Option 2

std::chrono::duration<double> diff = std::chrono::system_clock::now() - start;
std::cout << std::setprecision(9) << "\n       "
          << diff.count() << " seconds (measured)" << std::endl;  // show elapsed time

附言。 icc 足够聪明，可以消除选项 2。尝试 sum += num; 并打印出 sum。

这是 perf 的输出:(测量的时间在不使用 perf 的情况下保持不变)

选项 1:合并

       0.904575206 seconds (measured)

 Performance counter stats for './option-1-merge':

    33,395,981,671      cpu-cycles
       149,371,004      cache-misses              #   49.807 % of all cacherefs
       299,898,436      cache-references
    24,254,303,068      cycle-activity.stalls-ldm-pending    

       7.678166480 seconds time elapsed

选项 2:遍历

       1.01401903 seconds (measured)

 Performance counter stats for './option-2-traverse':

    33,844,645,296      cpu-cycles
       138,723,898      cache-misses             #   48.714 % of all cacherefs
       284,770,796      cache-references
    25,141,751,107      cycle-activity.stalls-ldm-pending

       7.806018949 seconds time elapsed

由于这些链表上可怕的空间局部性。 cache miss是造成CPU停顿的主要原因，占用了大部分CPU资源。奇怪的是选项 2 比选项 1 有更少的高速缓存未命中，但它有更多的 CPU 停顿和 CPU 周期来完成它的任务。是什么导致了这种异常？

最佳答案

如您所知，占用您所有时间的是内存。

缓存未命中很糟糕，但停顿也很糟糕。

来自 this paper :

Applications with irregular memory access patterns, e.g.,dereferencing chains of pointers when traversing linked lists or trees, may not generate enough concurrently outstanding requests to fully utilize the data paths. Nevertheless, such applications are clearly limited by the performance of memory accesses as well. Therefore, considering the bandwidth utilization is not sufficient to detect all memory related performance issues.

基本上，随机游走指针无法使内存带宽饱和。

each 上的紧密循环在每次迭代时都被等待加载下一个指针的位置阻塞。如果它不在高速缓存中，则 CPU 什么也做不了——它停止了。

组合的紧密循环/合并尝试将两个 页面加载到缓存中。当一个正在加载时，有时 cpu 可以在另一个上前进。

您测量的结果是合并比裸浪费的双迭代有更少的停顿。

或者换句话说，

24,254,303,068      cycle-activity.stalls-ldm-pending

是一个大数，小于:

25,141,751,107      cycle-activity.stalls-ldm-pending

我很惊讶这足以产生 10% 的差异，但这就是性能与衡量有关的原因。

关于c++ - 为什么遍历比合并两个排序的 std::list 更耗时？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/44984485/

amp43codelistsectionc++sortingmergetraversal

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