C++ for循环效率优化

背景

今天看到同事的代码，commit message说要提高循环效率，但是看起来非常浪费时间，我就想试一下for循环怎么写运行最快，发现还是非常有意思的。
首先是编译选项，在X86系统编译Release，优化等级-O3，关闭gdb

SET(CMAKE_BUILD_TYPE "Release")
SET(CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE "$ENV{CXXFLAGS} -O3 -Wall") 

这个循环非常简单，遍历一个结构体的vector，读一下数据执行一些操作，然后写入另一个vector，写一个简单的结构体，定义一下两个vector。

struct A
{
    int a;
    float b;
};

/* some code */
    const int size = 100000000;
    vector<A> from(size);
    vector<A> to(size);

几种写法

for+push_back

    for (size_t i = 0; i < from.size(); i++)
    {
        a = from[i].a;
        b = from[i].b;
        to.push_back(from[i]);
    }

不解释，耗时0.692793s。

范围for+emplace_back

    for (auto f : from)
    {
        a = f.a;
        b = f.b;
        to.emplace_back(f);
    }

范围for会逐个创建from中元素的拷贝，使用后我们把它移动到新的vector，耗时1.036604s。

临时引用+push_back

    for (size_t i = 0; i < from.size(); i++)
    {
        auto &t = from[i];
        a = t.a;
        b = t.b;
        to.push_back(t);
    }

耗时0.351039s。

看起来已经减少了很多时间，还能再减少吗？

临时变量+emplace_back

    for (size_t i = 0; i < from.size(); i++)
    {
        auto t = from[i];
        a = t.a;
        b = t.b;
        to.emplace_back(t);
    }

耗时1.801415s。

临时引用+std::copy

接下来是性能优化大杀器std::copy～

    for (size_t i = 0; i < from.size(); i++)
    {
        auto &t = from[i];
        a = t.a;
        b = t.b;
    }
    std::copy(from.begin(), from.end(), to.begin());

访问拷贝分离，耗时0.339706s。好像没有很惊艳，接着看。

范围for+std::copy

    for (auto &f : from)
    {
        a = f.a;
        b = f.b;
    }
    std::copy(from.begin(), from.end(), to.begin());

耗时0.076393s。YYDS

std::for_each+std::copy

    auto Fun = [&](A &t) { a = t.a; b = t.b; };
    std::for_each(from.begin(), from.end(), Fun);
    std::copy(from.begin(), from.end(), to.begin());

耗时0.073591s，不分伯仲。

总结

c++程序员永远不知道自己浪费了多少时间，emplace_back表现不好，应该是预分配内存导致没有用武之地，如果是链式结构会好很多。