怎样利用C++的并行算法提升性能 使用execution::par策略优化

要发挥c++++17中std::execution::par的作用,需注意以下关键点:1. 了解其基本用法,即在支持的stl算法中传入该执行策略以启用并行化;2. 合理选择适合的场景,如数据量大、计算密集型且无副作用的操作;3. 注意性能陷阱,包括线程调度开销、内存访问竞争及不同stl实现的支持差异;4. 使用前应进行基准测试,并确保操作线程安全,避免盲目替换串行算法。

怎样利用C++的并行算法提升性能 使用execution::par策略优化

c++17引入并行算法之后,开发者可以更方便地利用多核处理器来提升程序性能。其中,

std::execution::par

策略允许标准库算法以并行方式执行,从而在数据量较大或计算密集型任务中显著提高效率。

怎样利用C++的并行算法提升性能 使用execution::par策略优化

要真正发挥它的作用,有几个关键点需要注意。

怎样利用C++的并行算法提升性能 使用execution::par策略优化


了解

execution::par

的基本用法

std::execution::par

是传递给并行算法的一个执行策略,它告诉算法可以在多个线程上并行执行。使用时只需在支持的STL算法中传入这个参数即可。

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例如:

怎样利用C++的并行算法提升性能 使用execution::par策略优化

#include <algorithm> #include <vector> #include <execution>  std::vector<int> data = /* 初始化大量数据 */;  std::sort(std::execution::par, data.begin(), data.end());

这段代码会使用多个线程对

data

进行排序。但要注意,并不是所有算法都适合并行化处理,比如一些依赖顺序执行的操作可能不适合使用

par


合理选择适合并行化的场景

并不是所有情况下使用

execution::par

都能带来性能提升。以下几种情况更适合采用并行策略:

  • 数据量大:如果容器中的元素数量非常少(比如几百个以内),开启并行反而可能导致额外的线程调度开销。
  • 计算密集型操作:例如排序、查找、变换等需要大量CPU运算的任务。
  • 无副作用的操作:并行执行要求每个线程的操作彼此独立,不能有共享状态修改等问题。

举个例子,如果你有一个包含百万级浮点数的数组,要做一个耗时的数学变换(如平方、三角函数等),那么使用

配合

par

就很合适。

std::transform(std::execution::par,                data.begin(), data.end(),                result.begin(),                [](int x) { return heavy_computation(x); });

注意潜在的性能陷阱和限制

虽然

execution::par

看起来很强大,但也有一些容易踩坑的地方:

  • 线程调度开销:小任务并行化可能得不偿失,因为创建和管理线程本身也有成本。
  • 内存访问竞争:如果多个线程同时读写同一块内存区域,可能会导致性能下降甚至数据错误。
  • 并非所有STL实现都支持良好:某些编译器或标准库(如MSVC的PPL支持较好)对并行算法的支持程度不同,实际效果可能有差异。
  • 调试困难:并行程序更容易出现竞态条件、死锁等问题,调试起来也更复杂。

所以,在决定是否使用

par

之前,最好先做基准测试(benchmark),对比串行与并行版本的性能差异。


总结建议

  • 对于大数据量、高计算强度的操作,优先考虑使用
    execution::par

  • 使用前做性能测试,避免盲目替换原有串行算法。
  • 确保你的操作是“线程安全”的,不要有共享状态的修改。
  • 如果发现性能没有提升,可能是任务粒度过小,或者系统资源已满载。

基本上就这些。合理使用C++的并行算法,能让你轻松榨取多核CPU的性能潜力,但也要注意别让它变成负担。

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THE END
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