출처: https://zenn.dev/hryoichi/articles/f7d097f8cea542

결론

컴파일러의 최적화는 우수.

그냥 std::string 을 사용하자.

다만, 명시적인 최적화 옵션 지정은 필수.

motivation

C 언어로 쓰여진 프로그램을 C++로 다시 쓸 때에 char* 로 다루고 있는 문자열을 std::string로 다루도록 했다.

안전성・편리성의 관점에서는 C++ 이라면 std::string 일택이지만, 실행 속도는 char*쪽이 빠르다.

실제로 어느 정도 영향이 나는지를 조사하고 싶었다.

파일로부터 읽어 들인 문자열을 1 문자 단위로 읽어 가는 프로그램으로 문자열에 대해 어떠한 조작을 하는 것보다는 각 문자에 액세스하는 시간을 측정한다.

테스트 코드

측정을 위해 다음 코드를 준비했다.

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <string>

using namespace std;

int main()
{
        chrono::high_resolution_clock::time_point sstart, send, cstart, cend;
        long long l;
        l = 0;
        sstart = chrono::high_resolution_clock::now();
        for (size_t i = 0; i < 10000000; i++)
        {
                string s = "Hello, world!";
                for (size_t i = 0; i < s.length(); i++)
                {
                        if (s[i] == 'l')
                        {
                                l += 3;
                        }
                        else
                        {
                                l++;
                        }
                }
        }
        send = chrono::high_resolution_clock::now();

        cout << l << endl;
        double stime = static_cast<double>(chrono::duration_cast<chrono::microseconds>(send - sstart).count() / 1000.0);
        printf("string : %lf[ms]\n", stime);

        l = 0;
        cstart = chrono::high_resolution_clock::now();
        for (size_t i = 0; i < 10000000; i++)
        {
                char *c = "Hello, world!";
                while (*c)
                {
                        if (*c == 'l')
                        {
                                l += 3;
                        }
                        else
                        {
                                l++;
                        }
                        c++;
                }
        }
        cend = chrono::high_resolution_clock::now();

        cout << l << endl;
        double ctime = static_cast<double>(chrono::duration_cast<chrono::microseconds>(cend - cstart).count() / 1000.0);
        printf("char* : %lf[ms]\n", ctime);
        return 0;
}

적당하다고는 해도 아래 사항에 주의했다.

if문 이하의 처리는 적당하지만 계산 결과가 한번도 이용되지 않는 변수의 계산은 컴파일러의 최적화로 지워질 것 같기 때문에 일단 종료 시간 측정 후에 계산 결과를 출력하고 있다.
char* 로 한 문자씩 읽어 진행한 후 최초의 문자로 돌아간다는 보통은 발생하지 않을 것이다. 처리에 걸리는 시간을 계측하는 의미를 찾아내지 못했기 때문에 루프내에서 매회 캐릭터 라인의 변수를 정의하고 있다. 이것에 맞추어 string의 경우도 매회 변수를 생성하고 있다.

string변수를 생성하는 처리는 비교적 무겁기 때문에 string에 다소 불리한 프로그램이지만 결과적으로는 이 프로그램에서 문제 없을 것 같다.

최적화 옵션

gcc에서는 최적화 옵션을 -O 지정하여 최적화 정도를 지정할 수 있다.

-O0 를 지정하면 최적화되지 않고, -O1, -O2, -O3와 숫자가 커질수록 최적화가 강해진다.

측정 결과

최적화 옵션	문자열	char*
-O0	451.056000[ms]	127.673000[ms]
-O1	45.933000[ms]	42.826000[ms]
-O2	42.826000[ms]	51.897000[ms]
-O3	0.000000[ms]	41.898000[ms]

결론

컴파일러에 의한 최적화가 전혀 없는 경우는 과연 string의 느림이 눈에 띄지만, 표준적인 최적화에서 이미 오차 범위로 고속화되어 더 이상의 최적화에서는 오히려 char*로 액세스 하는 것보다 빠른 결과가 된다

-O3에 관해서는 최적화 되어 너무 무의미한 루프를 시키고 있는 것이 컴파일러가 알게 되어 계측으로서는 적절하지 않을지도.

어쨌든 적어도 1문자씩 액세스하는 경우에 string를 사용했을 경우는 컴파일러의 최적화가 강하게 동작하여 결과적으로 char*와 동등 이상의 속도를 낼 수 있는 것을 알 수 있다.

또, 이번에는 조사하고 있지 않지만 여러가지의 조작도 표준으로 고속으로 실시할 수 있다

속도를 신경 쓰는 경우도 C++에서는 온순하게 std::string를 이용해도 문제 없을 것 같다.

그러나 내 환경에서 최적화 옵션을 지정하지 않으면 -O0 를 지정한 경우와 동일한 속도였다. 디폴트는 최적화되지 않기 때문에 명시적으로 최적화 옵션을 붙일 필요가 있다.