在C++中，同一功能的函数用不同方法实现，所需要的时间开销可能会有差异。比较不同实现方式的时间开销，有利于更好地达到目的。
strcpy中不同字符操作方式
现以实现C语言中的strcpy函数为例，比较字符行数据的单个移动和整块移动、用指针方式操纵字符和用数组方式操纵字符之间的时间差异。本实验环境为win10的VS2022平台，程序运行选择的解决方案平台为x64，具体程序如下：
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// 方式1：以指针方式实现strcpy char* i_strcpy_1(char* dst, const char* src) { if (dst == nullptr || src == nullptr) { return dst; } char* ptr = (char*)dst; while (*ptr++ = *src++) { } return dst; } // 方式2：以数组方式实现strcpy char* i_strcpy_2(char* dst, const char* src) { if (dst == nullptr || src == nullptr) { return dst; } int idx = 0; //long long idx = 0; while (dst[idx] = src[idx]) { ++idx; } return dst; } // 方式3：使用memcpy函数进行整块拷贝 char* i_strcpy_3(char* dst, const char* src) { if (dst == nullptr || src == nullptr) { return dst; } memcpy(dst, src, strlen(src) + 1); return dst; } |
C++统计时间开销的方法
chrono是C++时间操作库的头文件。在C++中统计时间开销可使用如下方式：
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#include <chrono> std::chrono::steady_clock::time_point start; // 记录开始时间 std::chrono::steady_clock::time_point end; // 记录结束时间 std::chrono::nanoseconds dt; // 时间差 start = std::chrono::steady_clock::now(); // 开始计时 // 事件过程 /* ... */ end = std::chrono::steady_clock::now(); // 结束计时 // 统计时长 dt = end - start; // 转换为秒 (double)dt.count() / (1000 * 1000 * 1000) |
不同字符操纵方式的时间差异
经过测试，在C++中使用memcpy函数进行整块字符操纵，其效率远高于对单个字符依次移动。
在对字符依次单个操纵的方式中，根据条件的不同，时间开销也略有不同。
下面为使用分文件编程的测试程序，分别对三个函数进行一亿次调用，统计其时间开销：
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#include "i_strcpy.h" using namespace std; int main() { char str[101] = { 0 }; int cnt = 100000000; // 100 000 000 std::chrono::steady_clock::time_point start, end; std::chrono::nanoseconds dt; // i_strcpy_1()耗时 start = chrono::steady_clock::now(); for (int i = 0; i < cnt; ++i) { i_strcpy_1(str, "Hello, ikaros. Welcome to the world! I'm Ling."); } end = chrono::steady_clock::now(); dt = end - start; cout << "函数i_strcpy_1耗时(单位：秒)：" << (double)dt.count() / (1000 * 1000 * 1000) << endl; // i_strcpy_2()耗时 start = chrono::steady_clock::now(); for (int i = 0; i < cnt; ++i) { i_strcpy_2(str, "Hello, ikaros. Welcome to the world! I'm Ling."); } end = chrono::steady_clock::now(); dt = end - start; cout << "函数i_strcpy_2耗时(单位：秒)：" << (double)dt.count() / (1000 * 1000 * 1000) << endl; // i_strcpy_3()耗时 start = chrono::steady_clock::now(); for (int i = 0; i < cnt; ++i) { i_strcpy_3(str, "Hello, ikaros. Welcome to the world! I'm Ling."); } end = chrono::steady_clock::now(); dt = end - start; cout << "函数i_strcpy_3耗时(单位：秒)：" << (double)dt.count() / (1000 * 1000 * 1000) << endl; return 0; } |
经过多次测试，时间开销均为使用memcpy方式时间最少，使用数组方式其次，使用指针方式时间最大。
当不使用分文件方式时，使用memcpy方式时间依旧最少。而数组和指针方式，由于数组下标的差异，有所差别。
在64位平台下，C++指针变量占用的内存空间为8字节，int类型的变量占用4字节，long long类型的变量占用8字节。
当数组使用int类型的下标时，数组方式所占用的时间均少于指针方式，其中一次测试结果如下图所示。
当数组使用long long类型的下标时，数组方式所占用的时间略多于指针方式，其中一次测试结果如下图所示。
结论
在C++中操纵字符时，为提高效率，应尽量使用memcpy和memmove等内置函数操纵整块字符串。
对单个字符依次操纵时，指针和数组方式各有优势，使用数组更简单。
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