动态分配将数据存储在堆中的随机位置吗？

Question

我知道局部变量将有序地存储在堆栈中。

但是，当我像这样用c ++在堆内存中动态分配变量时。

int * a = new int{1};
int * a2 = new int{2};
int * a3 = new int{3};
int * a4 = new int{4};

问题1：这些变量是否存储在连续的内存位置中？ 问题2：是否不是因为动态分配将变量存储在堆内存中的随机位置？ 问题3：动态分配会增加高速缓存未命中的可能性并降低空间局部性吗？

Answer 1

第1部分：单独的分配是否连续？

答案是可能不是。动态分配如何发生取决于实现。如果像上面的示例一样分配内存，则两个单独的分配可能是连续的，但是不能保证会发生这种情况（并且永远不应依赖于这种情况）。

c ++的不同实现使用不同的算法来决定如何分配内存。

第2部分：分配是随机的吗？

有点；但并非完全如此。内存不会以故意随机的方式分配。通常，内存分配器会尝试将彼此相邻的内存块分配在一起，以最大程度地减少页面错误和高速缓存未命中，但并非总是可以这样做。

分配过程分为两个阶段：

1. 分配器从操作系统请求大量内存
2. 这些块将占用大量的大块，并在每次调用new时将其返回，直到您请求的内存超过其必须提供的内存为止，在这种情况下，它将从操作系统中请求另一个大块。

在第二阶段，实现可以尝试为您提供接近其他最近分配的内存，但是它对第一阶段几乎没有控制（并且操作系统通常仅提供可用的任何内存，而无需其他任何知识由您的程序分配）。

第3部分：避免缓存丢失

如果高速缓存未命中是代码中的瓶颈，则

• 尝试减少间接数量（通过使数组按值而不是指针存储对象）；
• 确保您正在操作的内存在设计允许的范围内是连续的（因此，请使用std :: array或std :: vector而不是链接列表，并且应将较大的分配分配给许多较小的分配）;和
• 尝试设计算法，使其必须尽可能少地在内存中跳转。

一个好的通用原则是只使用对象的std :: vector，除非您有充分的理由使用更高级的东西。因为它们具有更好的缓存局部性，所以std :: vector在插入和删除元素方面比std :: list更快，甚至多达数十甚至数百个元素。

最后：尝试利用堆栈。除非有充分的理由使某个东西成为指针，否则只需声明为存在于堆栈中的变量即可。

• 首选使用MyClass x{};代替MyClass* x = new MyClass{};，并且
• 首选std::vector<MyClass>而不是std::vector<MyClass*>。

通过扩展，如果可以使用静态多态性（即模板），请使用它代替动态多态性。

Answer 2

恕我直言，这是特定于操作系统/ C ++标准库的实现。

<script type="text/javascript"> var map; // declare as global function initMap() { var uluru = {lat: 37.7749, lng: -122.4194}; //\/ --- initialize the global `map` variable (don't create a new local map variable) map = new google.maps.Map(document.getElementById('map'), { zoom: 10, // standard google map javascript } //end of initMap() $('#id_zoomlevel').on('change', function() { var zoomlevel = $('#id\_zoomlevel :selected').attr('value'); map.setZoom(zoomlevel); }); </script> 最终使用较低级别的虚拟内存分配服务，并通过mmap和munmap之类的系统调用一次分配多个页面。 new的实现可以在相关时重用以前释放的内存空间。 new的实现可以对“大”和“小”分配使用各种不同的策略。

在该示例中，您给系统的第一个new结果用于内存分配（通常是几页），分配的内存可能足够大，因此后续的new调用会导致连续分配。 。但这取决于实现方式

Answer 3

简而言之：

1. 一点都不（由于对齐，堆管理数据，分配的块可能被重用等导致填充），

2. 一点也不（AFAIK，堆算法是确定性的，没有任何随机性），

3. 通常是（例如，内存池可能对此有所帮助）。