C ++：这两种将数字写入矩阵的方式之间在速度上有显着差异吗？

Posted 2021-04-28

我想知道以下两种在矩阵对角线中存储数字的方式之间在速度/性能上是否存在显着差异：

方法1：

//...
int matrix[xres][yres];

for(yindex = 0; yindex < yres; yindex += 1){
    for(xindex = 0; xindex < xres; xindex += 1){
        matrix[xindex][xindex] = 1;
    }
}

方法2：

//...
int matrix[xres][yres];

for(yindex = 0; yindex < yres; yindex += 1){
    for(xindex = 0; xindex < xres; xindex += 1){

        if(xindex == yindex){
            matrix[xindex][yindex] = 1;
        }
    }
}

我想说的是，在[[方法1中，代码更容易阅读，也更紧凑。方法2仅在当前矩阵元素位于对角线上的情况下才写入内存，其中方法2将在for循环的每个循环中写入。

方法1是否花费大量的时间或性能，尤其是对于xres和yres较大的值？在这种情况下，我试图将图像的颜色值存储在矩阵中，这意味着xres和yres的值大约在500-2000左右。

答案

[方法1]在yres < xres时具有未定义的行为，因此有关其性能的问题尚无定论。

（（在这种情况下，将存在yres <= xindex的迭代。由于xindex用于两个维度的索引，因此会导致对数组的访问超出范围。）损坏的代码简直是不好的选项，无论它中断多快。

方法2的性能非常差（除非您的编译器足够聪明，可以为您纠正它）。它有一个循环，可以循环多次，但是最多只能执行一次迭代。如果有人按照这些思路给您指示，那么称其为忙碌是有道理的。 （这有点像要求某人猜测您选择的号码与告诉某人您选择的号码。）这比破损的代码要好，但表明对指令的含义缺乏理解。

此方法的第一个改进是将xindex设置为一个使用的值，而不是遍历所有允许的值并检查当前值是否为所需值。

int matrix[xres][yres]; for(yindex = 0; yindex < yres; yindex += 1){ xindex = yindex; // The only value for which we have something to do. if ( xindex < xres ){ // Keep this check from the old inner loop! matrix[xindex][yindex] = 1; } }

注意，仍然需要检查xindex < xres。如果这种情况消失了，我们将得到破坏的代码，类似于破坏方法1的方式。
第二个改进是意识到不再需要两个变量。
int matrix[xres][yres];

for(unsigned index = 0; index < yres; index += 1){
    if ( index < xres ){
        matrix[index][index] = 1;
    }
}

第三项改进涉及到认识到，一旦条件index < xres失败，它将对index的所有较大值（因此对于所有后续迭代）都失败。因此我们可以将条件移入循环。
int matrix[xres][yres];

for(unsigned index = 0; index < yres  &&  index < xres; index += 1){
    matrix[index][index] = 1;
}

此时仍可以进行一些样式上的更改，但是与已完成的操作相比，它们对性能的任何影响都将很小。实际上，如果使用基本优化来编译代码，它们可能根本不会影响性能。因此，对于阅读更清晰的内容，更多地成为判断力。
int matrix[xres][yres];

for(unsigned index = 0; index < std::min(xres, yres); ++index){
    matrix[index][index] = 1;
}

如果要解决方法1，然后应用类似的简化方法，最终结果可能相同。