更有效地访问 std::vector

Question

在我的项目中，我定义了一个类Matrix，我使用的数据结构是std::vector<std::vector<T> > matrix;

现在我的问题是：如何更有效地访问它？如果我没记错的话，按索引访问（例如矩阵[i][j]）是一种效率杀手，而建议的方式是通过迭代器。是这样吗？

假设是这样，那么我还有另一个问题：有时我需要知道我正在操作的行或列的索引。例如，考虑与另一个矩阵逐个元素相加：我怎么能这么说

C[i][j] = A[i][j] + B[i][j]

不使用两个索引i 和j？然后我还有其他操作，比如乘以 Vector（我正在定义的另一个类），但我想如果我正确理解访问元素的最有效方法，那么我可以复制相同的模式。

Answer 1

如何更有效地访问它？如果我没记错的话，按索引访问（例如矩阵[i][j]）是一种效率杀手，而建议的方法是通过迭代器。是这样吗？

别猜了，读一读：

复杂性

常数。

http://en.cppreference.com/w/cpp/container/vector/operator_at

正如 harold 指出的那样，这并不意味着它是高效的，而是知道这个运算符（总是？）实现类似于...

// data member
T * underlying_array;
// in operator[]
return *(underlying_array + position); // underlying_array[position]

...这将是相对好的，性能明智。不过请注意，我还听说过 STL 实现会向 operator[] 添加边界检查，这会添加一个分支，因此可能会对性能产生负面影响。

也就是说，您当然可以将代码更改为使用迭代器而不是 operator[]，例如：

std::vector<std::vector<T>> A,B,C;
// Check for correct sizes first!
auto a_row = std::begin(A);
auto c_row = std::begin(C);
auto b_row = std::begin(B);
for (; a_row != std::end(A); ++a_row, ++b_row, ++c_row) {
  // Check correct sizes!
  auto a_col = std::begin(*a_row);
  auto b_col = std::begin(*b_row);
  auto c_col = std::begin(*c_row);
  for (; a_col != std::end(*a_row); ++a_col, ++b_col, ++c_col) {
    *c_col = *a_col + *b_col;
  }
}

这可能更有效率...但是否值得...

真正的性能杀手将是您的数据并非全部连续存储。 std::vector 将其元素存储在连续的内存中，但连续存储 std::vectors（就像您的“外部”向量所做的那样）对您没有帮助，因为“内部”向量可能将它们的数据存储在不同的位置。因此，要将矩阵的所有数据保存在连续内存中，您应该使用单个 std::vector 并自己进行正确的列 - 行索引（您的矩阵可以提供 operator[] 返回对辅助类实例的引用，该实例在turn 实现了它的operator[] 来访问矩阵，使得像matrix[1][2] 这样的调用成为可能）。

Answer 2

来自 std::vector 的文档

元素是连续存储的，也就是说元素可以 不仅可以通过迭代器访问，还可以使用常规的偏移量 指向元素的指针。

所以，应该类似于从数组中访问，应该是高效的。

此外，向量中元素的随机访问是一个常数，与向量的大小无关。O(1)。您也可以像获取向量的底层数组并访问它一样使用它，但这应该与使用随机访问相同..

int main()
{
   std::vector<std::vector<int>> matrix;

   matrix.push_back({1,2,3});
   matrix.push_back({1,2,3});
   matrix.push_back({1,2,3});

   int op = matrix.data()[0][0] + matrix.data()[0][1];

   std::cout << "OP should be 3 : Real op" << op << std::endl;

}

Answer 3

在我的项目中，我定义了一个类Matrix 和数据结构 我使用的是std::vector<std::vector<T> > matrix;

现在我的问题是：我怎样才能更有效地访问它？

测量其当前速度，修改代码后再次测量。这将告诉您是否有任何可衡量的改进。

您可以尝试通过将数据存储为大小为 width x height 的简单 std::vector<T> 来提高性能，并在给定 x 和 y 时相应地计算偏移量。

例如（只是为了理解这个概念，没有错误检查或任何东西）：

// ...

private:
    int width;
    std::vector<T> v;

// ...

public:

    Matrix(int width, int height) : width(width), v(width * height)
    {
    }

    T get(int x, int y) const
    {
        return v[(y * width) + x];
    }

// ...

但很有可能是您的机器速度太快，而您的数据太小，看不出有什么不同。