向量上的 C++ operator() 优化

Posted 2023-02-22

【中文标题】向量上的 C++ operator() 优化

【英文标题】：C++ operator() optimization on vectors

【发布时间】：2011-09-25 21:18:47

【问题描述】：

我正在编写数字代码，其中定义向量运算很有用。例如，如果 x 和 y 是充满浮点数的 n 长向量，最好让 x^y 导致 y 的第 i 个元素中的 a 等于 x 的第 i 个元素的某个任意函数。一种简单的方法是：

#include <vector>
#include <stdio.h>
#include <ctime>

using namespace std;

template <typename T>
void operator^(vector<T> A, vector<T> B)
  typename vector<T>::iterator a = A.begin();
  typename vector<T>::iterator b = B.begin();
  while(a!=A.end())
    *b = 2*(*a);
    a++; b++;
  
//for (uint i=0; i<A.size(); i++)
  //B[i] = 2*A[i];


int main(int argc, char** argv)

  int n = 10000;
  int numRuns = 100000;
  vector<float> A;
  for (int i=0; i<n; i++)
    A.push_back((float) i);

  vector<float> B = vector<float>(n);
  clock_t t1 = clock();
  for (int i=0; i<numRuns; i++)
    for (int j=0; j<n; j++)
      B[j] = 2*A[j];
  clock_t t2 = clock();
  printf("Elapsed time is %f seconds\n", double(t2-t1)/CLOCKS_PER_SEC);

  t1 = clock();
  for (int i=0; i<numRuns; i++)
    B^A;
  t2 = clock();
  printf("Elapsed time is %f seconds\n", double(t2-t1)/CLOCKS_PER_SEC);

  return 0;

现在，当 -O3 编译后在我的电脑上运行时，输出是

Elapsed time is 0.370000 seconds
Elapsed time is 1.170000 seconds

如果我使用模板中注释掉的行，第二次是 ~1.8 秒。 我的问题是：如何加快接线员的通话速度？理想情况下，它应该花费与手动编码循环相同的时间。

【问题讨论】：

C 和 C++ 不是同一种语言。如果是，我们可能会为它们使用相同的标签。

不要编写运算符来执行此操作。写一个函数。这样做是运算符重载声名狼藉的原因之一。当您让操作员执行所有人（除了您之外）意想不到的事情时，代码几乎无法阅读。

【参考方案1】：

您正在按值传递参数。这会生成向量的副本。

template <typename T>
void operator^(vector<T> A, vector<T> B)

如果您通过引用传递它们，您可能会获得加速。

template <typename T>
void operator^(vector<T> const& A, vector<T>& B)

（在 ideone.com 上的快速测试显示 even better performance 比手写循环，但我不知道它们在编译时启用了哪些优化。）

另一方面，您可能想要重载其他一些运算符。让非赋值和非增量运算符修改它们的参数是不好的风格（我建议阅读Operator Overloading FAQ）。你应该重载operator^=。

template <typename T>
vector<T>& operator^=(vector<T>& B, vector<T> const& A)
  typename vector<T>::const_iterator a = A.begin();
  typename vector<T>::iterator b = B.begin();
  while(a!=A.end())
    *b = 2*(*a);
    a++; b++;
  
  return B;

【参考方案2】：

另一个想法是使用 valarrays，它专门用于此目的，并且已经为您定义了大量的运算符。

它们的用法和操作的描述可以在这里找到：http://www.cplusplus.com/reference/std/valarray/

可以在此处找到对它们的讨论，指出一些优点和缺点：C++ valarray vs. vector