C与C ++在内存分配方面的表现

Question

我计划参与开发用C语言编写的代码，用于蒙特卡罗对复杂问题的分析。这段代码在内存中分配了巨大的数据数据以加速其性能，因此代码的作者选择了C而不是C ++声称可以使用C来制作更快，更可靠（关于内存泄漏）的代码。

你同意吗？如果您需要在计算期间将4-16 GB的数据阵列存储在内存中，您会选择什么？

Answer 1

绝对是C ++。默认情况下，两者之间没有显着差异，但是 C ++提供了C不提供的一些东西：

1. 构造/析构函数。这些可以让您自动化大多数内存管理，提高可靠性。
2. 每班分配器。这些允许您根据特定对象的设计和/或使用方式来优化分配。如果您需要大量小对象（这是一个明显的例子），这可能特别有用。

最重要的是，在这方面，C绝对不可能比C ++更具优势。在最糟糕的情况下，你可以用同样的方式做同样的事情。

Answer 2

C99中有一个功能，它不存在于C ++中，并且可能会在繁重的数字运算代码中显着提高速度，这就是关键字restrict。如果您可以使用支持它的C ++编译器，那么在优化时您可以在套件中使用额外的工具。但这只是一个潜在的收获：足够的内联可以允许与restrict或更多相同的优化。它也与内存分配无关。

如果代码的作者可以证明C和C ++代码分配4-16GB阵列之间的性能差异，那么（a）我很惊讶，但是好的，有区别，（b）有多少次是要分配这么大的数组的程序吗？您的程序实际上是否会花费大量时间来分配内存，还是花费大部分时间访问内存并进行计算？与分配时间相比，实际做任何具有4GB阵列的东西需要很长时间，这意味着您应该担心“任何事情”的表现，而不是分配的性能。短跑运动员非常关心他们下车的速度有多快。马拉松运动员，不是那么多。

您还必须小心如何进行基准测试。您应该将malloc(size)与new char[size]进行比较。如果你对malloc(size)测试new char[size]()那么这是一个不公平的比较，因为后者将内存设置为0而前者不设置。与calloc进行比较，但请注意，malloc和calloc都可以在（不太可能的）事件中从C ++获得，它们确实可以显着提高速度。

但是，最终，如果作者“拥有”或启动该项目，并且更喜欢用C而不是C ++编写，那么他不应该用可能虚假的性能声明来证明这个决定，他应该通过说“我更喜欢C，这就是我正在使用的“。通常，当有人就这种语言表现做出这样的声明，并且结果证明测试不是真的时，您会发现表现并不是语言偏好的真正原因。证明声明错误实际上不会导致该项目的作者突然开始喜欢C ++。

Answer 3

在内存分配方面，C和C ++之间没有真正的区别。如果您选择在对象上使用虚拟方法，则C ++具有更多“隐藏”数据，例如虚拟指针等。但是在C中分配一个字符数组和在C ++中一样昂贵，事实上，它们可能都使用malloc来实现它。在性能方面，C ++为数组中的每个对象调用一个构造函数。请注意，只有在存在一个时，才会执行此操作，默认构造函数不执行任何操作并进行优化。

只要您预先分配数据池，以避免内存碎片，您应该好好去。如果你有没有虚拟方法的简单POD结构，没有构造函数，那就没有区别了。

Answer 4

唯一不喜欢C ++的是它的额外复杂性 - 将它与错误使用它的程序员结合起来，你可以很容易地显着减慢速度。使用没有C ++功能的C ++编译器可以提供相同的性能。正确使用C ++，你有一些能力更快。

语言不是您的问题，分配和遍历大型数组是。

你可以在分配中使用的主要致命错误（使用任何一种语言）分配16G内存，将其初始化为零，只是稍后用实际值填充它。

我希望通过算法优化获得最大的性能提升，从而提高参考的局部性。

根据底层操作系统，您可能还会影响缓存算法 - 例如表示只按顺序处理一系列memroy。

Answer 5

对于分配原始数据，在大多数系统上C和C ++之间应该没有区别，因为它们通常都使用相同的运行时库机制。我想知道这是否是经典的基准陷阱，他们还测量了C ++中构造函数调用的运行时间，并且方便地忘记了在C中包含任何类型的初始化代码的运行时。

此外，如果你在C ++中使用RAII，那么“更可靠（关于内存泄漏）”的论点并没有任何用处（如你所愿）。除非有人提到使其更可靠地泄漏，否则使用RAII，智能指针和容器类将减少泄漏的可能性，而不是增加泄漏。

我主要关心分配那么多内存将是双重的：

• 如果您正在接近正在运行蒙特卡罗模拟的计算机上的物理内存限制，这是降低性能的好方法，因为当虚拟内存系统需要启动时磁盘可能会开始抖动分页很多。即使很多人都认为，虚拟内存并非“免费”。
• 需要仔细考虑数据布局以最大限度地提高处理器缓存的使用率，否则您将部分失去将数据保存在主内存中的好处。

Answer 6

如果内存分配是此类代码中的瓶颈，我建议重新设计，而不是更改语言以便更快地进行分配。如果您分配一次内存然后执行大量计算，我希望这些计算成为瓶颈。如果分配成本很高，这里有些问题。

Answer 7

您也可以在C ++中使用C系列内存分配函数：标准malloc和free，realloc放大/分组数组和alloca分配堆栈中的内存。

如果你使用new，它将分配比所需更多的内存（主要是在调试期间），并进行额外的一致性检查。它还将为类调用构造函数。在发布版本（-O3）中，对于大多数应用程序而言，差异可以忽略不计。

现在new带来的malloc不是就地new。您可以预先分配一个缓冲区，然后使用就地new将您的结构放入该缓冲区，从而立即“分配”它。

总而言之，由于性能问题，我不会远离C语言。如果有的话，你的代码将更有效，因为类在寄存器中传递this指针，而不是像C等价物中那样的参数。远离C的真正原因是C ++运行时的大小。如果您为嵌入式系统或启动加载的程序开发程序，则无法嵌入~4mb运行时。然而，对于正常的应用程序，这不会产生任何影响。

Answer 8

如果你需要在计算过程中将4-16 GB的数据阵列存储在内存中，而你的机器只有2GB的物理内存，那么呢？

如果您的机器有16GB的物理内存怎么办？操作系统是否不占用物理内存？

操作系统是否甚至允许您使用4GB，16Gb等地址空间？

我建议，如果性能是一个主要的实现约束，那么了解如何使用，运行和执行的平台比在相同环境下C和C ++之间任何可衡量的性能差异的问题更重要和算法。