Question

我正在分配2个相同大小的数组，一个在堆栈上，一个在堆上，然后通过简单的赋值迭代它们。

编译Executable为主线程堆栈分配40mb。

此代码仅在vc ++中使用/ STACK：41943040链接器标记进行了测试。

#include "stdafx.h"
#include <string>
#include <iostream>
#include <malloc.h>
#include <windows.h>
#include <ctime>

using namespace std;

size_t stackavail()
{
    static unsigned StackPtr;   // top of stack ptr
    __asm mov [StackPtr],esp    // mov pointer to top of stack
    static MEMORY_BASIC_INFORMATION mbi;            // page range
    VirtualQuery((PVOID)StackPtr,&mbi,sizeof(mbi)); // get range
    return StackPtr-(unsigned)mbi.AllocationBase;   // subtract from top (stack grows downward on win)
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    string input;

    cout << "Allocating 22mb on stack." << endl;
    unsigned int start = clock();
    char eathalfastack[23068672]; // approx 22mb
    auto length = sizeof(eathalfastack)/sizeof(char);
    cout << "Time taken in ms: " << clock()-start << endl;

    cout << "Setting through array." << endl;
    start = clock();
    for( int i = 0; i < length; i++ ){
        eathalfastack[i] = i;
    }
    cout << "Time taken in ms: " << clock()-start << endl;
    cout << "Free stack space: " << stackavail() << endl;


    cout << "Allocating 22mb on heap." << endl;
    start = clock();
    // auto* heaparr = new int[23068672]; // corrected
    auto* heaparr = new byte[23068672];
    cout << "Time taken in ms: " << clock()-start << endl;

    start = clock();
    cout << "Setting through array." << endl;
    for( int i = 0; i < length; i++ ){
        heaparr[i] = i;
    }
    cout << "Time taken in ms: " << clock()-start << endl;

    delete[] heaparr;
    getline(cin, input);
}

输出是这样的：

    Allocating 22mb on stack.
    Time taken in ms: 0
    Setting through array.
    Time taken in ms: 45
    Free stack space: 18872076
    Allocating 22mb on heap.
    Time taken in ms: 20
    Setting through array.
    Time taken in ms: 35

为什么堆栈数组的迭代速度比堆上的相同？

编辑： nneonneo cought我的错误

现在输出相同：

    Allocating 22mb on stack.
    Time taken in ms: 0
    Setting through array.
    Time taken in ms: 42
    Free stack space: 18871952
    Allocating 22mb on heap.
    Time taken in ms: 4
    Setting through array.
    Time taken in ms: 41

根据ÖöTiib的回答发布版本：

    Allocating 22mb on stack.
    Time taken in ms: 0
    Setting through array.
    Time taken in ms: 5
    Free stack space: 18873508
    Allocating 22mb on heap.
    Time taken in ms: 0
    Setting through array.
    Time taken in ms: 10

Answer 1

你的阵列大小不一样; sizeof(char[23068672]) != sizeof(int[23068672])，元素属于不同类型。

Answer 2

你的电脑出了问题，在我的Pentium 4老电脑上需要15毫秒来分配这种基于堆栈的字符串。您是否尝试使用调试版本？

Answer 3

您的问题分为两部分：

在堆栈上分配空间与堆
访问堆栈上的内存位置与全局可见

分配空间

首先，让我们看看在堆栈上分配空间。我们知道的堆栈在x86架构上向下发展。因此，为了在堆栈上分配空间，您所要做的就是减少堆栈指针。只有一个汇编指令（dec sp，＃amount）。该汇编指令始终存在于函数的序言中（函数设置代码）。所以，据我所知，在堆栈上分配空间不能占用任何时间。在堆栈上分配空间的成本=（递减sp操作）。在现代超标量机器上，此指令的执行将与其他指令重叠。

另一方面，在堆上分配空间需要对new / malloc进行库调用。库调用首先检查堆上是否有一些空间。如果是，则它将返回指向第一个可用地址的指针。如果堆栈上没有空间，它将使用brk系统调用来请求内核修改其他页面的页表条目。系统调用是一项代价高昂的操作。它会导致管道冲洗，TLB污染等。因此，在堆上分配空间的成本=（函数调用+空间计算+（brk系统调用）？）。当然，在堆上分配空间似乎比堆栈慢一个数量级。

访问元素 x86 ISA的寻址模式允许使用直接寻址模式（temp = mem [addr]）寻址存储器操作数以访问全局变量，而堆栈上的变量通常使用索引寻址模式进行访问。（温度= MEM [堆栈指针+偏移堆栈上]）。我的假设是两个存储器操作数应该几乎相同的时间，但直接寻址模式似乎肯定比索引寻址模式更快。关于数组的内存访问，我们有两个操作数来访问任何元素 - 数组的基地址和索引变量。当我们在堆栈上访问数组时，我们再添加一个操作数 - 堆栈 - 指针。 x86寻址模式提供了这样的地址 - base + scale * index + offset。所以，好的堆栈数组元素访问：temp = mem [sp + base-address + iterator * element-size]和堆数组访问：temp = mem [base-address + iterator * element-size]。显然，堆栈访问必须比数组访问更昂贵。

现在，进入迭代的一般情况，如果堆栈的迭代速度较慢，则意味着寻址模式可能（我不完全确定）瓶子 - 如果分配空间是瓶颈，系统调用可能是瓶颈。

为什么在堆上迭代大型数组比在堆栈上迭代相同大小的数组更快？

3 个答案: