搜索范围数组中的成员资格

Question

作为我们系统仿真的一部分，我使用稀疏存储器阵列建模具有64位寻址的存储空间，并保留对象列表以跟踪在存储器空间内分配的缓冲区。缓冲区是动态分配和解除分配的。

我有一个函数，在分配的缓冲区中搜索给定的地址或地址范围，以查看对内存模型的访问是否在分配的空间中，并且我的第一个剪切“搜索所有缓冲区，直到找到匹配“我们的模拟速度减慢了10％。我们的UUT进行了大量的内存访问，必须通过模拟进行审查。

所以，我正在努力优化。内存缓冲区对象包含起始地址和长度。我正在考虑通过在创建对象时启动地址来对对象数组进行排序，然后在调用检查函数时，通过数组进行二进制搜索，以查看给定地址是否属于开始/结束范围。

有更好/更快的方法吗？使用堆或散列签名或某些东西必须有一些更快/更冷的算法，对吧？

Answer 1

通过排序数组进行二进制搜索可以正常工作，但会使分配/释放变慢。

一个简单的例子是生成一个由起始地址索引的有序二叉树（红黑树，AVR树等），以便插入（分配），删除（解除分配）和搜索都是O（log n ）。大多数现代语言已经提供了这样的数据结构（例如C ++的std::map）。

Answer 2

我的第一个想法也是二元搜索，我认为这是一个好主意。您也应该能够快速插入和删除。使用哈希只会让你把地址放在桶中（在我看来）然后你会快速到达正确的桶（然后必须搜索桶）。

Answer 3

基本上你的问题是你有一个“有效”内存的定义间隔，这些间隔之外的内存是“无效”，你想要检查一个给定的地址是否在有效的内存块内。

您可以通过在二叉树中存储所有已分配块的起始地址来实现此目的;然后搜索查询地址或其下方的最大地址，并验证该地址是否在有效地址的长度范围内。这为您提供了O（log n）查询时间，其中n =已分配块的数量。同样的查询当然也可以用来实际找到块本身，所以你也可以在给定的地址读取块的内容，我想你也需要。

但是，这不是最有效的方案。相反，您可以使用额外的一维空间细分树来标记无效的内存区域。例如，使用分支因子为256（对应于8位）的树，将所有仅具有无效地址的16kB块映射到“1”，将其他块映射到“0”;树只有两个级别，查询效率很高。当你看到一个地址时，首先询问这棵树是否确实无效;只有当它不是时，查询另一个。只有在您实际获得大量无效的内存参考时，这才能加快速度;如果所有内存引用实际上都是有效的并且您只是断言，则不会保存任何内容。但是你也可以翻转这个想法，并将树标记用于所有那些只有有效地址的16kB或256B块;树的增长程度取决于模拟内存分配器的工作方式。