C++ 为什么std:：vector:：operator[]比std:：vector:：at（）快5到10倍？

在程序优化过程中，我试图优化一个循环，该循环通过一个向量进行迭代，我发现以下事实：：：std:：vector:：at（）比操作符[]慢得多

无论是在发布版本还是调试版本（VS2008 x86）中，操作符[]的速度都是at（）的5到10倍

在网上读了一些东西后，我意识到at（）具有边界检查功能。好的，但是，将操作速度降低10倍

有什么原因吗？我的意思是，边界检查是一个简单的数字比较，还是我遗漏了什么？
问题是，这一性能下降的真正原因是什么？
此外，有没有办法让它更快呢

我肯定会在其他代码部分（我已经在其中进行了自定义边界检查！）中用[]替换所有at（）调用

概念证明：

#define _WIN32_WINNT 0x0400
#define WIN32_LEAN_AND_MEAN
#include <windows.h>

#include <conio.h>

#include <vector>

#define ELEMENTS_IN_VECTOR  1000000

int main()
{
    __int64 freq, start, end, diff_Result;
    if(!::QueryPerformanceFrequency((LARGE_INTEGER*)&freq))
        throw "Not supported!";
    freq /= 1000000; // microseconds!

    ::std::vector<int> vec;
    vec.reserve(ELEMENTS_IN_VECTOR);
    for(int i = 0; i < ELEMENTS_IN_VECTOR; i++)
        vec.push_back(i);

    int xyz = 0;

    printf("Press any key to start!");
    _getch();
    printf(" Running speed test..\n");

    { // at()
        ::QueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER*)&start);
        for(int i = 0; i < ELEMENTS_IN_VECTOR; i++)
            xyz += vec.at(i);
        ::QueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER*)&end);
        diff_Result = (end - start) / freq;
    }
    printf("Result\t\t: %u\n\n", diff_Result);

    printf("Press any key to start!");
    _getch();
    printf(" Running speed test..\n");

    { // operator []
        ::QueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER*)&start);
        for(int i = 0; i < ELEMENTS_IN_VECTOR; i++)
            xyz -= vec[i];
        ::QueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER*)&end);
        diff_Result = (end - start) / freq;
    }

    printf("Result\t\t: %u\n", diff_Result);
    _getch();
    return xyz;
}

#定义_WIN32_WINNT 0x0400
#定义WIN32_精益_和_平均值
#包括
#包括
#包括
#在\u向量1000000中定义元素\u
int main（）
{
__int64频率、开始、结束、差异结果；
if（！：：QueryPerformanceFrequency（（大整数*）&freq））
抛出“不受支持！”；
freq/=1000000；//微秒！
：std：：向量向量向量；
向量保留（向量中的元素）；
for（int i=0；i<向量中的元素；i++）
向量推回（i）；
int xyz=0；
printf（“按任意键开始！”）；
_getch（）；
printf（“运行速度测试…\n”）；
{//at（）
：：QueryPerformanceCounter（（大整数*）&start）；
for（int i=0；i<向量中的元素；i++）
xyz+=向量（i）；
：：QueryPerformanceCounter（（大整数*）&end）；
差异结果=（结束-开始）/频率；
}
printf（“结果\t\t:%u\n\n”，差异结果）；
printf（“按任意键开始！”）；
_getch（）；
printf（“运行速度测试…\n”）；
{//运算符[]
：：QueryPerformanceCounter（（大整数*）&start）；
for（int i=0；i<向量中的元素；i++）
xyz-=vec[i]；
：：QueryPerformanceCounter（（大整数*）&end）；
差异结果=（结束-开始）/频率；
}
printf（“结果\t\t:%u\n”，差异结果）；
_getch（）；
返回xyz；
}

编辑：

---

现在，该值被分配到“xyz”，因此编译器不会“擦除”它。

原因是，可能可以使用单处理器指令执行未经检查的访问。选中访问还必须从内存加载大小，将其与索引进行比较，并（假设它在范围内）跳过条件分支到错误处理程序。在处理抛出异常的可能性时，可能会有更多的麻烦。这将慢很多倍，这正是为什么你有两种选择

---

如果无需运行时检查即可证明索引在范围内，请使用

运算符[]

。否则，请使用

at（）

，或在访问之前添加您自己的检查<代码>运算符[]应该尽可能快一些，但如果索引无效，它会乱成一团。

您对返回值不做任何处理，因此如果编译器内联这些函数，它可以完全优化它们。或者它可以完全优化下标（

[]

）版本。从性能度量的角度来看，没有优化就运行是没有用的，您需要的是一些简单但有用的程序来运行这些函数，这样它们就不会被优化了。例如，您可以洗牌向量（随机交换50000对元素）。

我在我的机器上运行了您的测试代码：

在未优化的调试构建中，两个循环之间的差异是微不足道的

在优化的发布版本中，第二个for循环被完全优化（对

操作符[]

的调用可能是内联的，优化器可以看到该循环什么也不做，并且可以删除整个循环）

如果我改变循环体来做一些实际的工作，例如，

vec.at（I）+和
vec[i]+，两个循环之间的差异不显著

我看不出有你所看到的五到十倍的性能差异。
也许你真的应该对元素做些什么，而不是仅仅请求它们，或者编译器可以对其进行优化。我不明白你的意思。解释？尝试在for循环中执行类似于
test\u int+=vec[i]
的操作。由于您没有对vector元素执行任何操作，编译器可以完全优化它。请注意，即使您进行了更改，优化器仍然会赢：它可以看到您从未使用计算的
xyz
值，因此操作仍然是优化的。您可以通过返回
xyz
（它无法优化
main（）
）来防止它这样做。@Poni：即使使用了更新的代码，我下面要说的几点仍然有效：当我运行这个程序时，我看不到两个循环之间有显著的性能差异。也许您可以给出一些您看到的测试结果。他在运行调试版本时启用了迭代器调试。@Hans：我的测试是使用默认设置的，因此在调试版本中启用了迭代器调试（但是，我认为这是预期的结果，它们的执行大致相同，因为它启用了
op的绑定检查[]
）。如果我禁用迭代器调试，它会使
op[]
的性能比
at（）
提高大约两倍（当我最初发布答案时，我并没有真正关注调试构建的性能，但你是对的：迭代器调试可以在调试构建中产生很大的不同）。如果你幸运的话，它会爆炸的。：）