比较boost::ptr_vector和std::vector

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今天有同事问起来关于boost的smart pointer的事情，原因是别人有一段code用了boost::scoped_ptr<>*，review的时候被揪出来说这不符合常理，讨论应该用啥容器。

基本情况就是有一些资源需要new出来放在一个容器里，这个容器的生命周期由自己控制，但是需要把new出来的东西作为一个数组（或者容器）传给别人。

原来的code写成了一个boost::scoped_ptr<>的数组，然后传给别人，像下面这样：

boost::scoped_ptr someResource[number];
for (int i = 0; i < number; ++i) {
  someResource[i].reset(new T);
}
OtherFunction(someResource);

很显然，这样的code能编译，能正常工作（只要OtherFunction的实现没问题）；只是，真的太不符合common sense了。怎么整？

直觉上来说，既然是一个指针的数组，而且要传给别人，那用std::vector<boost::shared_ptr<T>>最合适了，然后传个const&给别人，搞定。

不过看到瑞典同事有人用boost::ptr_vector，这个新鲜的玩意儿不常见，研究一下，原来是Boost.Pointer Container的一部分，用来保存heap-allocated objects，有放进去的指针会在出了作用域之后自动删除，所以有”own”的语义。

相比起shared_ptr的容器，有各种优点（见上面link里的advantages 1~8）。
当然，最主要的是语义上的不同：

  • boost::ptr_vector保存的是“own”的对象;
  • std::vector<boost::shared_ptr<>>保存的对象可以被别人own

然后，从效率上来说，ptr_vector显然要更好一点，因为创建shared_ptr还是有开销的。

回到上面的case，最简单的做法就是用shared_ptr的容器；更合适的做法是用ptr_vector。

那么，它们的效率到底能差多少呢？写段code跑跑看。

#include <boost/ptr_container/ptr_vector.hpp>
#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <vector>
#include <cstdio>
#include <ctime>
#include <stdint.h>

class TSomeData
{
private:
  int data;
public:
  TSomeData(int d)
    : data(d)
  {
    // Empty
  }
};

const int TEST_ITERATIONS = 10000000;

typedef std::vector<boost::shared_ptr > TVectorOfShared;
typedef boost::ptr_vector TPtrVector;

int main()
{
  clock_t start;
  clock_t end;

  start = ::clock();
  TVectorOfShared vectorOfShared;
  for (int i = 0; i < TEST_ITERATIONS; ++i) {
  // Test vector of shared_ptr
    boost::shared_ptr data(new TSomeData(i));
    vectorOfShared.push_back(data);
  }
  end = ::clock();
  printf("Vector of shared:\n  Time executed: %u\n",
         static_cast<uint32_t>((end - start) / (CLOCKS_PER_SEC/1000)));

  start = ::clock();
  TPtrVector ptrVector;
  for (int i = 0; i < TEST_ITERATIONS; ++i) {
  // Test ptr_vector
    TSomeData* data = new TSomeData(i);
    ptrVector.push_back(data);
  }
  end = ::clock();
  printf("PtrVector:\n  Time executed: %u\n",
         static_cast<uint32_t>((end - start) / (CLOCKS_PER_SEC/1000)));
  return 0;
}

跑一下结果如下(老式T400,跑着Ubuntu 14.04).

# g++ -O0
Vector of shared:
  Time executed: 7227
PtrVector:
  Time executed: 1507

# g++ -O2
Vector of shared:
  Time executed: 5090
PtrVector:
  Time executed: 731

无论是-O0还是-O2，都有着明显的差距。
结论：在语义合适的情况下，用ptr_vector有更好的效率。

最后，在stackoverflow上看到，如果项目的编译环境已经用c++11了，可以用std::vector<std::unique_ptr<T>>，测试一下,结果有点吃惊。

首先，unique_ptr相关的测试code如下：

  for (int i = 0; i < TEST_ITERATIONS; ++i) {
    std::unique_ptr data(new TSomeData(i));
    vectorOfUnique.push_back(std::move(data));
  }

测试结果：

# g++ -O0 -std=c++0x
Vector of Unique:
  Time executed: 5057
Vector of shared:
  Time executed: 4080
PtrVector:
  Time executed: 1681

# g++ -O2 -std=c++0x
Vector of Unique:
  Time executed: 835
Vector of shared:
  Time executed: 1794
PtrVector:
  Time executed: 743

让我吃惊的是：

  • 在-O0下，unique_ptr反而是最慢的，不明白（如果有人知道为什么，请告诉我）
  • 在-O2下，unique_ptr和ptr_vector有着差不多的效率；但是vector<shared_ptr>相比没有c++0x的时候效率也提升了很多！

结论：

  • 在合适的语义下，ptr_vector最好（好吧，我更习惯用boost…）
  • 能体会到，c++0x在标准库下有着更好的效率，至于是不是适合项目使用，看项目情况吧
  • 在不用考虑效率的时候（个人觉得，开发中不需要在执行效率上太抠，把优化留到实际使用发现性能之后），vector<shared_ptr>最万能。

Q.E.D

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