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

Question

在程序优化过程中，试图优化一个遍历 vector 的循环，我发现以下事实:::std::vector::at() 比 operator[] 慢得多!

在发布和调试版本 (VS2008 x86) 中，运算符[] 比 at() 快 5 到 10 倍。

在网上阅读了一下，我意识到 at() 具有边界检查功能。好的，但是，最多会减慢 10 倍的操作速度？!

有什么理由吗？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？
问题是这种性能下降的真正原因是什么？
此外，有什么方法可以让它更快？

我肯定会在其他代码部分(其中我已经有自定义边界检查!)中将所有 at() 调用与 [] 交换。

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;
}

编辑:
现在该值被分配给“xyz”，因此编译器不会“删除”它。

Answer 1

原因是未经检查的访问可能可以通过单个处理器指令完成。检查访问还必须从内存中加载大小，将其与索引进行比较，并且(假设它在范围内)跳过条件分支到错误处理程序。可能有更多的事情来处理引发异常的可能性。这会慢很多倍，这正是您有两种选择的原因。

如果您无需运行时检查就可以证明索引在范围内，则使用 operator[]。否则，请使用 at()，或在访问前添加您自己的检查。 operator[] 应该或多或少尽可能快，但如果索引无效就会爆炸。