為什麼迭代“std::vector”比“std::array”更快？

命運逆轉：迭代std::vector 優於std::array

與最初的假設相反，最近的基準測試顯示迭代std::vector 比迭代std::array 快得多。這與先前關於數組提供卓越迭代性能的信念相矛盾。

為了確保準確性，基準測試採用了多項改進：

• 強制結果消耗：非簡單循環用於防止編譯器最佳化消除循環。
• 使用 -O3 最佳化： 使用最高最佳化等級編譯程式碼以最大化效能。
• 隔離循環測量： std::chrono 僅用於測量迭代時間，不包括變數初始化。

std::array 和std::vector 的測量時間如下如下：

std::array: 99.554109 milliseconds
std::vector: 30.734491 milliseconds

探究原因

std:: vector 令人驚訝的速度優勢可以歸因於記憶體分頁。此陣列儲存在全域範圍內，最初駐留在執行檔的 .bss 部分中，並且不會被分頁到進程位址空間中。相比之下，std::vector 在建立期間被分配並填零，導致其記憶體頁面存在於記憶體中。

解決問題

至為了公平競爭，人們可以在迭代之前明確初始化數組或將其頁面放入內存。這裡有一個修改，使數組迭代時間與 std::vector:

<code class="cpp">std::fill_n(v.data(), n, 1);</code>

或者，mlock() 函數可用於在 Linux 系統上強制將數組頁放入記憶體。

這項調整顯示 std::array 和 std::vector 之間的效能差異主要源自於它們的記憶體管理策略，凸顯了記憶體存取模式對程式效能的重要性。

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