Vector与动态数组基准测试：性能瓶颈究竟何在？

先看你的基准测试结果：

---------------------------------------------------------------------------
Benchmark               Time             CPU   Iterations
---------------------------------------------------------------------------
BM_VectorInit         1335 ns         1193 ns     497778
BM_RawInit              58 ns           55 ns    10000000

对应的测试代码：

static void BM_VectorInit(benchmark::State &state) {
    for (auto _ : state) {
        std::vector<char> a(MAX_PACKET_LENGTH);
    }
}

static void BM_RawInit(benchmark::State &state) {
    for (auto _ : state) {
        auto a = new char[MAX_PACKET_LENGTH];
        delete[] a;
    }
}

其中MAX_PACKET_LENGTH = 32768。

两者性能差距的核心原因在于元素初始化的差异：

• new char[MAX_PACKET_LENGTH] 执行的是默认初始化：对于char这种POD（Plain Old Data）类型，默认初始化不会对内存做任何写入操作——它只是从堆上分配一块32KB的内存，直接返回指针，没有额外的写入开销。
• std::vector<char>(MAX_PACKET_LENGTH) 执行的是值初始化：vector的这个构造函数会为每个元素赋予默认值（对于char就是\0）。这意味着它要遍历32768个char，把每个字节都设置为0，这是一笔不小的内存写入开销——32KB的内存写入操作，正是你看到时间差的主要来源。

除此之外，还有一些次要的开销因素，但相比初始化写入可以忽略：

• vector的构造函数会额外维护内部的三个指针（begin、end、capacity），而动态数组只是一个单纯的指针，不过这几个指针的赋值操作耗时微乎其微。
• 默认std::allocator的内存分配逻辑和new基本一致，不会带来显著的性能差异。

如果想让vector的初始化性能接近动态数组，你可以避免元素初始化——比如先reserve足够的空间，再直接使用未初始化的内存（不过这种做法要小心，因为元素处于未定义状态）：

static void BM_VectorReserve(benchmark::State &state) {
    for (auto _ : state) {
        std::vector<char> a;
        a.reserve(MAX_PACKET_LENGTH);
        // 此时vector的容量足够，但元素未初始化，使用时要注意
    }
}

不过通常来说，vector自动初始化元素的特性是一个安全保障——它避免了使用未初始化内存导致的未定义行为，这也是为什么我们推荐优先使用STL容器而非裸动态数组的原因：安全性的收益远大于这种场景下的性能损失。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Damian Kalinowski