std::map 中范围的二分搜索比整个地图的 map::find() 搜索慢

Question

背景：我是 C++ 新手。我有一个std::map 并且正在尝试按键搜索元素。

问题：性能。当地图变大时，map::find() 函数会变慢。

首选方法：我经常大致知道元素应该在地图的哪个位置；我可以提供一个[first,last) 范围进行搜索。这个范围总是很小的w.r.t。地图中的元素数量。我有兴趣编写一个带有边界提示的简短二进制搜索实用程序函数。

尝试：我从https://en.cppreference.com/w/cpp/algorithm/lower_bound 窃取了以下函数并做了一些粗略的基准测试。无论提供的范围提示的大小或位置如何，对于大大小小的地图，这个函数似乎都比map::find() 慢得多。我将比较语句 (it->first < value) 替换为随机的比较 ints 并且减速似乎得到了解决，所以我认为减速可能是由 it->first 的取消引用引起的。

问题：取消引用是问题吗？或者是否正在进行某种不必要的复制/移动操作？我想我记得读过地图不会将它们的元素节点顺序存储在内存中，所以我只是得到了一堆缓存未命中？减速的可能原因是什么，我将如何解决？

/* @param first     Iterator pointing to the first element of the map to search. 
 * @param distance  Number of map elements in the range to search.
 * @param key       Map key to search for. NOTE: Type validation is not a concern just yet.
 */    
template<class ForwardIt, class T>
ForwardIt binary_search_map (ForwardIt& first, const int distance, const T& key) {
    ForwardIt it = first;
    typename std::iterator_traits<ForwardIt>::difference_type count, step;
    count = distance;  
          
    while (count > 0) {
        it = first;
        step = count/2;
        std::advance(it, step);
        if (it->first < value) {
            first = ++it;
            count -= step + 1;
        }
        else if (it->first > value)
            count = step;
        else {
            first = it; 
            break; 
        }
    }
    return first;
}

Answer 1

std::map::find() 的存在是有原因的。该实现已经进行了二进制搜索，因为std::map 有一个平衡二叉树作为实现。

您的二叉搜索实现要慢得多，因为您无法利用二叉树。 如果你想取地图的中间，你可以从std::advance 开始，它取第一个节点（位于树的叶子上）并通过几个指针导航到你认为是中间的地方。之后，您再次需要从这些叶节点之一转到下一个。再次遵循很多指针。

结果：在更多循环旁边，您会遇到很多缓存未命中，尤其是在地图很大时。

如果您想改进地图中的查找，我建议您使用不同的结构。如果订购不重要，您可以使用std::unordered_map。当顺序很重要时，您可以使用已排序的std::vector<std::pair<Key, Value>>。如果你有可用的 boost，它已经存在于一个名为 boost::container::flat_map 的类中。