填充整数列表比填充整数向量快 100 倍答案

【问题标题】：Populating a list of integers is 100 times faster than populating a vector of integers填充整数列表比填充整数向量快 100 倍
【发布时间】：2014-02-17 11:29:32
【问题描述】：

我将填充整数列表与整数向量所花费的时间进行比较。

每个向量和列表都填充了 1000 万个随机整数，并且该实验重复 100 次以找到平均值。

令我惊讶的是，填充列表比填充整数向量快大约 100 倍。我希望填充整数向量要快得多，因为向量在内存中是连续的并且插入要快得多。

如何填充列表比填充向量快 100 倍而不是 10 倍。我确信我错过了一些导致这种情况的概念或想法

这是我用来生成结果的代码

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <list>
#include <vector>
#include <ctime>
#include <time.h>

using namespace std;



int main()
{
   list<int> mylist;
   vector<int> myvector;
   srand(time(NULL));
   int num;

   clock_t list_start;
   clock_t list_end;
   clock_t list_totaltime;

   for (int i=0;i<100;i++)
   {

    list_start = clock();

        for (int i = 0 ; i < 10000000 ; i++ ) // 10 million
        {    
            num = rand() % 10000000 ; 

            mylist.push_back(num);
         }

    list_end = clock();

    list_totaltime += difftime(list_end,list_start);

    mylist.clear();

   }

   cout << list_totaltime/CLOCKS_PER_SEC/100;

   cout <<" List is done ";

   cout << endl
        << endl;

   clock_t vector_start;  
   clock_t vector_end;
   clock_t vector_totaltime;

   for (int i=0;i<100;i++)
   {

    vector_start = clock();

        for (int i = 0 ; i < 10000000 ; i++ ) // 10 million times
        {    
            num = rand() % 10000000 ; 

            myvector.push_back(num);
        }

    vector_end = clock();

    vector_totaltime += difftime(vector_end,vector_start);

    myvector.clear();

    }

   cout << vector_totaltime/CLOCKS_PER_SEC/100;

   cout << " Vector is done " ;


}

有人可以向我解释为什么会这样吗？？？

【问题讨论】：

你需要初始化list_totaltime和vector_totaltime。提高编译器警告级别。
当列表大小增加时，不需要重新定位已经定位的内容，这与向量不同（由于连续性）。
它可以防止你的输出完全是垃圾。
你也有整数除法。所以，当我运行你的代码并修复初始化问题时，我得到了0。
@juanchopanza 你将 list_totaltime 和 vector_totaltime 初始化为什么？？？

标签： c++ performance list vector

【解决方案1】：

我尝试使用 VS2013 C++ 编译器，std::vector 比 std::list 快得多（正如我所料）。

我得到了以下结果：

Testing STL vector vs. list push_back() time
--------------------------------------------

Testing std::vector...done.
std::vector::push_back(): 89.1318 ms

Testing std::list...done.
std::list::push_back(): 781.214 ms

我使用 Windows 高分辨率性能计数器来测量时间。
当然，我在 optimized release build 中进行了测试。

我还重构了推回循环之外的随机数生成，并使用了more serious random number technique than rand()。

您使用clock() 的方法是否适合测量执行时间？

您使用的是什么 C++ 编译器？您是否测试了优化构建？

可编译的测试代码如下：

// Testing push_back performance: std::vector vs. std::list

#include <algorithm>
#include <exception>
#include <iostream>
#include <list>
#include <random>
#include <vector>
#include <Windows.h>
using namespace std;

long long Counter() {
    LARGE_INTEGER li;
    QueryPerformanceCounter(&li);
    return li.QuadPart;
}

long long Frequency() {
    LARGE_INTEGER li;
    QueryPerformanceFrequency(&li);
    return li.QuadPart;
}

void PrintTime(const long long start, const long long finish, 
               const char * const s) {
    cout << s << ": " << (finish - start) * 1000.0 / Frequency() << " ms" << endl;
}

int main() {
    try {
        cout << endl
            << "Testing STL vector vs. list push_back() time\n"
            << "--------------------------------------------\n"
            << endl;

        const auto shuffled = []() -> vector<int> {
            static const int kCount = 10 * 1000 * 1000;

            vector<int> v;
            v.reserve(kCount);

            for (int i = 1; i <= kCount; ++i) {
                v.push_back((i % 100));
            }

            mt19937 prng(1995);
            shuffle(v.begin(), v.end(), prng);

            return v;
        }();

        long long start = 0;
        long long finish = 0;

        cout << "Testing std::vector...";
        start = Counter();
        vector<int> v;
        for (size_t i = 0; i < shuffled.size(); ++i) {
            v.push_back(shuffled[i]);
        }
        finish = Counter();
        cout << "done.\n";
        PrintTime(start, finish, "std::vector::push_back()");

        cout << endl;

        cout << "Testing std::list...";
        start = Counter();
        list<int> l;
        for (size_t i = 0; i < shuffled.size(); ++i) {
            l.push_back(shuffled[i]);
        }
        finish = Counter();
        cout << "done.\n";
        PrintTime(start, finish, "std::list::push_back()");
    } catch (const exception& ex) {
        cout << "\n*** ERROR: " << ex.what() << endl;
    }
}

【讨论】：

我是在 qunicy 2005 编译器上完成的，非常怀疑是否有为此构建的优化工具

【解决方案2】：

有人可以向我解释为什么会这样吗？？？

结果不是真实的，即填充整数列表不是比填充整数向量快 100 倍。由于comments 中的代码pointed out 中的错误，您看到的是基准工件。

如果您初始化变量并避免整数除法，那么您应该会看到不同的结果，例如，在我的机器上填充向量比填充列表快 3 倍（顺便说一句，调用 vector::reserve() 对结果没有影响）。

此外，您不应将 difftime(time_t, time_t) 与 clock_t 值一起使用。

【讨论】：

【解决方案3】：

作为记录，在修复未初始化的变量问题和整数除法之后，在 x86_64 和以下标志上运行使用 gcc 4.7.3 编译的优化构建

g++ -Wall -Wextra -pedantic-errors -pthread -std=c++11 -O3

我明白了

0.2 List is done 
0.07 Vector is done

所以，正如我所预料的那样，向量更快。这无需对代码进行任何进一步的更改。

【讨论】：

【解决方案4】：

向量中的元素按顺序存储在连续的内存位置中。最初为向量分配了一些内存，当您不断向向量添加更多元素时，必须进行大量 内存操作 才能保留 vector 的此属性。这些内存操作需要相当长的时间。

而在 list 的情况下，头部存储第二个元素的地址，第三个元素的地址存储在第三个元素中，依此类推。这里不需要任何内存重新分配。

但与向量相比，列表需要更多的存储内存。

【讨论】：

【解决方案5】：

如果向量的大小超过其容量，则需要重新分配向量。在这种情况下，所有以前的值都必须复制到新存储中。尝试使用vector::reserve 增加容量以减少所需的重新分配。

【讨论】：