令人惊讶的基准结果

Question

在看了 Titus Winters 的"Live at Head"演讲后，他提到 StrCat() 是人们最喜欢的功能之一，我决定尝试实现类似的东西，看看我是否可以在运行时性能方面击败 std：：string：：append(或运算符+，我认为它在内部使用 append)。我的理由是，作为可变参数模板实现的 strcat() 函数将能够确定其所有类似字符串的参数的组合大小，并进行单个分配来存储最终结果，而不必在 operator+ 的情况下不断重新分配，它不知道它被调用的总体上下文。

但是，当我在快速工作台上将我的自定义实现与运算符+进行比较时，我发现我的strcat()实现比使用-std=c++17 -O3编译的最新版本的clang和gcc上的operator+慢约4倍。我在下面包含了快速工作台代码以供参考。

有谁知道是什么导致了这里的减速？

#include <cstring>
#include <iostream>
#include <string>
// Get the size of string-like args
int getsize(const std::string& s) { return s.size(); }
int getsize(const char* s) { return strlen(s); }
template <typename S>
int strcat_size(const S& s) {
return getsize(s);
}
template <typename S, typename... Strings>
int strcat_size(const S& first, Strings... rest) {
if (sizeof...(Strings) == 0) {
return 0;
} else {
return getsize(first) + strcat_size(rest...);
}
}
// Populate a pre-allocated string with content from another string-like object
template <typename S>
void strcat_fill(std::string& res, const S& first) {
res += first;
}
template <typename S, typename... Strings>
void strcat_fill(std::string& res, const S& first, Strings... rest) {
res += first;
strcat_fill(res, rest...);
}
template <typename S, typename... Strings>
std::string strcat(const S& first, Strings... rest) {
int totalsize = strcat_size(first, rest...);
std::string res;
res.reserve(totalsize);
strcat_fill(res, first, rest...);
return res;
}
const char* s1 = "Hello World! ";
std::string s2 = "Here is a string to concatenate. ";
std::string s3 = "Here is a longer string to concatenate that avoids small string optimization";
const char* s4 = "How about some more strings? ";
std::string s5 = "And more strings? ";
std::string s6 = "And even more strings to use!";
static void strcat_bench(benchmark::State& state) {
// Code inside this loop is measured repeatedly
for (auto _ : state) {
std::string s = strcat(s1, s2, s3, s4, s5, s6);
benchmark::DoNotOptimize(s);
}
}
BENCHMARK(strcat_bench);
static void append_bench(benchmark::State& state) {
for (auto _ : state) {
std::string s = s1 + s2 + s3 + s4 + s5 + s6;
benchmark::DoNotOptimize(s);
}
}
BENCHMARK(append_bench);

Answer 1

这是因为按值传递参数。

我将代码更改为使用折叠表达式(看起来更干净)
并删除了不必要的副本(Strings... rest应该是一个参考)。

int getsize(const std::string& s) { return s.size(); }
int getsize(const char* s) { return strlen(s); }
template <typename ...P>
std::string strcat(const P &... params)
{
std::string res;
res.reserve((getsize(params) + ...));
(res += ... += params);
return res;
}

该解决方案比append高出约 30%。

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在这种情况下，传递const引用和进行完美转发之间似乎没有区别。这是有道理的，因为std::string +=不会移动它的论点，即使它们是正确的。

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如果您无法访问新的花哨折叠表达式，但仍想要性能，请使用"虚拟数组"技巧(在这种情况下似乎具有完全相同的性能)。

template <typename ...P>
std::string strcat(const P &... params)
{
using dummy_array = int[]; // This is necessary because `int[]{blah}` doesn't compile.
std::string res;
std::size_t size = 0;
dummy_array{(void(size += getsize(params)), 0)..., 0};
res.reserve(size);
dummy_array{(void(res += params), 0)..., 0};
return res;
}