数组的累积乘积：std::accumulate vs loop答案

【问题标题】：Cumulative product of an array: std::accumulate vs loop数组的累积乘积：std::accumulate vs loop
【发布时间】：2021-11-10 06:09:24
【问题描述】：

假设我想计算数组的第一个 k 元素的累积乘积。

int arr[8] = {3, 5, 7, 4, 8, 9, 1, 2};
int k = 3;

就性能而言，哪一个是最佳选择？

选项1.普通for循环

int result = 1;
for (size_t i = 0; i < k; ++i) {
    result *= arr[i];
}

选项 2. 累积

result = std::accumulate(std::begin(arr),
                         std::begin(arr) + k,
                         1,
                         [](const int& x, const int &y) { return x*y; });

我对@987654326@ 很小的情况特别感兴趣，例如k = 3 或k = 4。在这种情况下，花哨的 C++11 做事方式真的值得吗？

【问题讨论】：

“最佳”指的是什么？使用算法而不是循环的一个主要原因是可读性和表现力，这主要是基于意见
顺便说一句，用 std::multiplies 累积不是“花哨的 C++11 方式”，这在 C++11 之前很久就可能实现，而且在 C++11 之后它比手写的 lambda 更可取跨度>
在性能方面。最初的帖子已编辑。
为了可读性，毫无疑问for 循环在做什么......两个都值得理解，“style-points v. readabilty, style-points v. readability, ...”结构有一个平衡。
@DavidC.Rankin 毫无疑问 std::accumulate 正在做什么。在我看来，两者都同样具有可读性。这是样式点和样式点之间的权衡。

标签： c++ accumulate

【解决方案1】：

简短的回答：使用算法而不是手写循环与性能无关！你可以看到一个可能的实现here。您会注意到它只是一个循环，您也可以自己编写。

更好的比较是手写循环与：

auto result = std::accumulate(std::begin(arr),
                              std::begin(arr) + k,
                              1,
                              std::multiplies<>{});

这相当于手写循环，不需要 C++11（仅适用于auto、std::begin 和std::end，而std::multiplies<> 需要 C++14，但在您使用 @ 987654327@).

该算法的优点是表现力和可读性。您不能为循环命名，而算法名称则说明了它的作用。此外，二元运算符和初始值更容易替换。初始值不一定与元素的类型相同，由此推导出accumulate的返回类型。如果您想将更多值相乘并避免溢出，您只需将1 替换为1L。如果您后来决定不想相乘，而是相加，您只需将std::multiplies 替换为std::plus。对于手写循环，这种重构需要深入细节并考虑整个循环，而不是只更改您想要更改的一个细节。除此之外，哪个“更好”是基于意见的。如果有的话，性能方面不会有太大差异。

请注意，C++11 和 C++14 带来的变化不仅仅是“花哨”。在 C++11 之前，调用看起来像这样：

int result = std::accumulate(arr,                        // <- int
                             arr + k,
                             1,                          // <- int
                             std::multiplies<int>{});    // <- int

这里用于结果的类型出现了 3 次，这使得上面关于轻松替换初始值的类型的观点没有意义。 auto 和模板化 operator() 的函子带来的变化与花哨无关，但它们显着减少了犯错的机会。

TL;DR

对于像你这样简单的循环，我可能会使用手写循环。它清晰易读，不太可能有任何花哨的算法可以使其性能更高。

【讨论】：

只是对语言级别的挑剔：独立的std::begin 在 C++11 之前也不可用。

【解决方案2】：

这两种方法都很好；两者都不是坏事。他们之间的选择是见仁见智的问题。

后者几乎不是“花哨的 C++11”，因为使用的唯一有意义的 C++11 功能是 lambda，它可以替换为 std::multiplies 或在一般情况下用“花哨的 C++ 中的函数对象”替换98"。（是的，C++11 中也添加了 std::begin，但您可以简单地删除它，因为它不是必需的）。

我想建议一个范围替代方案。不幸的是，C++20 没有包含std::ranges::accumulate，所以我不得不建议使用非标准算法：

std::ranges::subrange sub1(arr, arr + k);
auto sub2 = std::views::counted(arr, k); // alternative
std::span sub3(arr, k);                  // less general alternative

// no standard ranges alternative for this yet
auto result = ranges::accumulate(sub1, 1, std::multiplies<>{});

就性能而言，哪一个是最佳选择？

两者/都不是。任何体面的优化器都应该产生相同的程序集。

【讨论】：