为什么迭代 std::array 比迭代 std::vector 快得多？

编者注：
启用优化的后续问题仅对循环进行计时:
为什么迭代“std::vector”比迭代“std::array”更快？ https://stackoverflow.com/questions/57125253/why-is-iterating-though-stdvector-faster-than-iterating-though-stdarray
我们可以看到延迟分配页面错误在读取未初始化的 BSS 内存与在定时循环之外初始化的动态分配+写入内存时的影响。

我尝试分析这段代码：

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

using namespace std;

constexpr int n = 400'000'000;
//vector<int> v(n);
array<int, n> v;

int main()
{
    int res = 0;
    for(int x : v)
        res += x;
    printf("%d\n", res);
}

在我的机器上，array版本快于vector.

在这种情况下，内存分配是无关紧要的，因为它只分配一次。

$ g++ arrVsVec.cpp -O3
$ time ./a.out
0

real    0m0,445s
user    0m0,203s
sys 0m0,238s

$ g++ arrVsVec.cpp -O3
$ time ./a.out
0

real    0m0,749s
user    0m0,273s
sys 0m0,476s

我发现反汇编要复杂得多std::vector: https://godbolt.org/z/111L5G https://godbolt.org/z/111L5G

优化答案（g++ -O2):

您没有使用最终结果，因此编译器可以自由地优化整个循环。

这就是发生在array case https://gcc.godbolt.org/z/eLBTXI.

main:
        xor     eax, eax
        ret

But the vector分配和释放堆内存，这使优化变得复杂，并且编译器倾向于谨慎行事将其留在原处 https://gcc.godbolt.org/z/urlnh9:

main:
        xor     eax, eax
        ret
_GLOBAL__sub_I_v:
        sub     rsp, 8
        mov     edi, 400000000
        mov     QWORD PTR v[rip], 0
        mov     QWORD PTR v[rip+8], 0
        mov     QWORD PTR v[rip+16], 0
        call    operator new(unsigned long)
        lea     rdx, [rax+400000000]
        mov     QWORD PTR v[rip], rax
        mov     QWORD PTR v[rip+16], rdx
.L6:
        mov     DWORD PTR [rax], 0
        add     rax, 4
        cmp     rdx, rax
        jne     .L6
        mov     QWORD PTR v[rip+8], rdx
        mov     esi, OFFSET FLAT:v
        mov     edx, OFFSET FLAT:__dso_handle
        mov     edi, OFFSET FLAT:_ZNSt6vectorIiSaIiEED1Ev
        add     rsp, 8
        jmp     __cxa_atexit

所以这就是为什么array在这种特殊情况下，版本更快。在更现实的应用程序中，差异不会那么显着，并且主要取决于堆分配/释放时间vector case.

优化关闭的答案（g++):

不要对未经优化的编译内容进行基准测试。

差异可能是由于vector迭代器未内联。因此，与数组访问相比，在调试中访问向量元素会更多地产生额外的间接寻址。