矢量 push_back 非常慢

Posted 2023-02-21

【中文标题】矢量 push_back 非常慢

【英文标题】：Vector push_back incredibly slow

【发布时间】：2015-01-08 03:36:35

【问题描述】：

因此，出于性能原因以及未来使用 CUDA 并行化某些内容的意图，我正在将我编写的 Java 代码转换为 C++ 代码。然而，我想做的第一件事是直接转换，让它在 C++ 中运行，代码与在 java 中的代码相同。

我遇到的问题是，下面的循环在 C++ 中实际上需要几分钟才能完成，而在 Java 中几乎不需要任何时间。唯一的区别是我在 C++ 中使用向量，而在 Java 中使用 ArrayList。

当我最初创建单元向量时，我还为邻居向量保留了适当的大小。这段代码的目的是在 3d 立方体中创建一个统一的单元格网格，并将每个单元格的邻居存储在单元格本身内部，以便以后方便。

我使用 Visual Studio 2013 以防万一（对于 C++）和 Eclipse for java。

我觉得我在这里肯定遗漏了一些简单的东西，因为这样的减速似乎很疯狂，但是当我注释掉 push_back 时，代码基本上会立即执行。

w、h 和 d 都是 20。 cells 是 Cell 结构的向量（见下文）。

for (int i = 0; i < w; i++) 
    for (int j = 0; j < h; j++) 
        for (int k = 0; k < d; k++) 
            for (int x = -1; x < 2; x++) 
                for (int y = -1; y < 2; y++) 
                    for (int z = -1; z < 2; z++) 
                        if (i + x >= 0 && i + x < w && j + y >= 0 && j + y < h && k + z >= 0 && k + z < d) 
                            cells[i][j][k].addNeighbor(cells[i + x][j + y][k + z]);
                        
                    
                
            
        
    

在不同的文件中定义：

struct Cell 
    std::vector<Particle> particles;
    std::vector<Cell> neighbors;
    int b = 0;

    void addParticle(Particle &p) 
        particles.push_back(p);
    

    void addNeighbor(Cell &c) 
        neighbors.push_back(c);
    
;

【问题讨论】：

Cells 插入到向量中是复制，这与仅存储对单元格的引用的 Java 不同。通过反复执行此操作，您最终会得到向量的向量的向量...看看为什么现在这么慢？

确保您正在运行优化/发布版本。不要使用调试版本来判断 STL 容器的速度，尤其是使用 Visual Studio。

正如@PaulMcKenzie 提到的，还可以提供更多详细信息，例如构建设置，即发布/调试构建、通过调试器或命令提示符运行等。

【参考方案1】：

在 C++ 中，vector 等标准容器按值存储元素，而不是按引用存储元素（就像在 Java 中那样）。这意味着您的循环正在创建的单元格不仅引用其他单元格，而且包含它们。您最终会创建一个巨大的嵌套向量森林，其中包含向量，它们本身也包含向量，等等（深度最多大约 20 个级别！）。

您可能想要做的是存储指向相邻单元格的指针：

struct Cell 
    ...

    std::vector<Cell*> neighbors;

    ...

    void addNeighbor(Cell &c) 
        neighbors.push_back(&c);
    
;

这允许单元格存储彼此的弱引用。

请记住，C++ 没有垃圾收集器，也没有做太多的安全检查，因此您完全有责任确保在不再需要单元格时释放它们，并且确保指针在不再需要时不被取消引用细胞不见了。

【讨论】：

如果单元格超出范围，邻居也会超出范围。无法访问它。

当我 8 到 9 个月不使用一种语言并且忘记了我曾经知道的基本知识时，就会发生这种情况。谢谢！

可以使用std::shared_ptr和std::weak_ptr来处理范围问题。

@Jagannath：如果所有的单元都在开始时分配并存储在某个“主”数组中，这不一定是个问题。

@Rufflewind：这正是正在发生的事情。单元格和程序共享相同的生命周期。

【参考方案2】：

对于 Cells，上面的答案就足够了。但对于粒子，会提出如下模型：

void addParticle(Particle &p) 
        particles.push_back(p);
    

上面的代码在内存中创建了很多 Particle 对象并进行了大量的数据复制。以下模型将节省内存分配和复制：

struct Cell 
    std::vector<Particle> particles;
    Particle& getNextParticleRefForUpdate()
    
        particles.push_back(Particle());
        return particles.at(particles.size() - 1);
    
    ...
 ;

粒子类会暴露集合函数：

struct Particle

    int a;
    int b;

    void set(int& aval, int& bval)
    
        a = aval;
        b = bval;
    
    ...
;

在设置 Cell 对象的粒子对象时，该函数将执行以下操作：

Cell cell_val;
int aval = 5
int bval = 10;
Particle& par_val = cell_val.getNextParticleRefForUpdate();
par_val.set(aval, bval);