Question

当我用C ++编写线性代数程序时，我使用的是Armadillo库。它基于模板，它为我提供了一种定义任何长度的向量的方法，这些向量不一定需要额外的内存分配，因为它们在编译时被静态分配了适当的内存缓冲区。当我使用arma::Col<double>::fixed<3>时，编译器会动态创建一个“新类型”，以便向量包含一个恰好3个双精度的缓冲区。

现在我正在研究C中的线性代数程序，我正在使用GNU科学库（GSL）。为了实例化3D矢量，我执行：gsl_vector_alloc(3)，返回gsl_vector*。问题是这个操作会导致一小部分内存的动态分配，这在程序运行时会发生数百万次。我的程序浪费了大量资源来执行数千万malloc / free次操作。

我检查过gsl_vector的内部结构：

typedef struct
{
   size_t size;
   size_t stride;
   double * data;
   gsl_block * block;
   int owner;
} gsl_vector;

为使库正常工作，data应指向向量的第一个元素，通常位于gsl_block结构中，如下所示：

typedef struct
{
   size_t size;
   double * data;
} gsl_block;

包含另一个data指针。因此，为了实例化一个简单的3D向量，malloc s的这个序列发生了：

gsl_vector结构为malloc'd（x86_64上大约40个字节）。
gsl_block结构为malloc'd（16字节），gsl_vector的block指针设置为刚刚分配的gsl_block的内存地址
3个双打的数组是malloc'd，其内存地址分配给data个指针（gsl_block中的一个和gsl_vector中的一个）。

通过删除两个malloc，我获得了40％的性能提升。我创建了自定义gsl_vector创建例程，它分配了一个3个双精度数组，并将data的{{1}}指针设置为该数组的地址。然后我返回gsl_vector（不是指针）但这样做，我仍然可以获得数百万次gsl_vector次操作。

我没有设法在malloc(3 * sizeof(double))结构中“嵌入”3个双精度数组，因为如果gsl_vector指针指向 in 结构中的某些内容本身（hacky！），当向量被复制到别处时，指针不再有效！

你有什么想法（除了转换到C ++或滚动我自己的线性代数库）？我对任何建议持开放态度。

Answer 1

我认为你好像误解了gls_block数据结构的目的。在我看来，您应该只使用它在gsl_block数据结构中分配大块数据，然后将该块拆分以供多个gsl_vector使用。如果您通过分配一组数组来一次性分配所有gsl_vector，那么您几乎就在那里。您只需要两次调用malloc，并在初始化期间进行一些簿记。

这对你造成的影响是，你必须事先准确地考虑你需要的gsl_vector。但是，当您使用没有内置垃圾收集的语言时，这就是支付的“价格”。如果您投资于此，大多数时候它都具有构建代码的优势，您可能会学到如何组织计算。

Answer 2

C有点过于原始，不能正确地做到这一点。

如果您需要使用GSL中的函数，您可能仍然可以使用C ++ Armadillo向量和矩阵。

例如，您可以通过.memptr()成员函数获取指向矢量或矩阵使用的内存的指针。这也适用于固定大小的矩阵/向量。

或者，您可以告诉Armadillo使用已经分配的内存块，方法是在向量或矩阵construction期间给它一个指针。

更好的GSL gsl_vector内存管理

2 个答案: