gcc 4.6.3
gtest 1.6.0
Intel(R) Pentium(R) Dual  CPU  T3400  @ 2.16GHz

отладочная сборка (-g):

[==========] Running 4 tests from 1 test case.
[----------] Global test environment set-up.
[----------] 4 tests from VectorIteratorSpeedTest
[ RUN      ] VectorIteratorSpeedTest.calibrationTest
[       OK ] VectorIteratorSpeedTest.calibrationTest (176 ms)
[ RUN      ] VectorIteratorSpeedTest.indexTest
[       OK ] VectorIteratorSpeedTest.indexTest (268 ms)
[ RUN      ] VectorIteratorSpeedTest.iteratorTest
[       OK ] VectorIteratorSpeedTest.iteratorTest (474 ms)
[ RUN      ] VectorIteratorSpeedTest.indexAtTest
[       OK ] VectorIteratorSpeedTest.indexAtTest (517 ms)
[----------] 4 tests from VectorIteratorSpeedTest (1437 ms total)

[----------] Global test environment tear-down
[==========] 4 tests from 1 test case ran. (1437 ms total)
[  PASSED  ] 4 tests.

Рекордсмен, конечно, доступ по индексу без проверки выхода за границы вектора. Относительно него доступ через итератор медленнее в 3.3 раза, по индексу с проверкой выхода за границу - в 3.7 раза (с учетом времени выполнения калибровочного теста)

релизная сборка (-O2):

[==========] Running 4 tests from 1 test case.
[----------] Global test environment set-up.
[----------] 4 tests from VectorIteratorSpeedTest
[ RUN      ] VectorIteratorSpeedTest.calibrationTest
[       OK ] VectorIteratorSpeedTest.calibrationTest (99 ms)
[ RUN      ] VectorIteratorSpeedTest.indexTest
[       OK ] VectorIteratorSpeedTest.indexTest (161 ms)
[ RUN      ] VectorIteratorSpeedTest.iteratorTest
[       OK ] VectorIteratorSpeedTest.iteratorTest (162 ms)
[ RUN      ] VectorIteratorSpeedTest.indexAtTest
[       OK ] VectorIteratorSpeedTest.indexAtTest (172 ms)
[----------] 4 tests from VectorIteratorSpeedTest (594 ms total)

[----------] Global test environment tear-down
[==========] 4 tests from 1 test case ran. (594 ms total)
[  PASSED  ] 4 tests.

Затраты на доступ по индексу и через итератор сравнялись. Версия с проверкой выхода за границы ветора медленнее в 1.2 раза (с учетом времени выполнения калибровочного теста). Время на доступ по индексу за счет оптимизаций уменьшилось в 1.5 раза, по итератору и по индексу с проверкой выхода за границы вектора - в 4.7 раза.