realloc 但只有前几个字节有意义

Question

假设我使用ptr = malloc(old_size); 分配了一个带有old_size 字节的内存块。只有第一个 header_size 字节有意义。我要把大小增加到new_size。

new_size 大于old_size 并且old_size 大于header_size。

之前：

/- - - - - - - old_size - - - - - - - \
+===============+---------------------+
 \-header_size-/

之后：

/- - - - - - - - - - - - - - - new_size - - - - - - - - - - - - - - - - - - -\
+===============+------------------------------------------------------------+
\- header_size-/

我不在乎ptr + header_size 之后存储的内容，因为我会向那里读取一些数据。

方法一：直接去new_size

ptr = realloc(ptr, new_size);

方法2：缩小到header_size并增长到new_size

ptr = realloc(ptr, header_size);
ptr = realloc(ptr, new_size);

方法3：分配一个新的内存块，复制第一个header_size字节

void *newptr = malloc(new_size);
memcpy(newptr, ptr, header_size);
free(ptr);
ptr = newptr;

哪个更快？

Answer 1

malloc（对于整个块）和realloc（对于增加大小时超出旧块大小的空间）都不能保证您收到的内存将包含什么，如果您想要设置这些多余的字节为零（例如），你必须自己做这样的事情：

// ptr contains current block.
void *saveptr = ptr;
ptr = realloc (ptr, new_size);
if (ptr == NULL) {
    // do something intelligent like recover saveptr and exit.
}
memset (ptr + header_size, 0, new_size - header_size);

但是，由于您已声明不关心标头之外的内容，因此几乎可以肯定最快的是单个 realloc，因为这可能会在幕后进行优化。

调用它两次进行收缩和扩展，或者调用 malloc-new/memcpy/free-old 不太可能像所有优化一样有效，您应该衡量，不要猜测！

请记住，realloc 不一定要复制您的记忆。如果扩展可以就地完成，那么智能堆管理器只会增加块的大小而不复制任何内容，例如：

+-----------+   ^        +-----------+ <- At same address,
| Old block |   | Need   | New block |      no copying
|           |   | this   |           |      involved.
+-----------+   | much   |           |
| Free      |   | now.   |           |
|           |   v        +-----------+
|           |            | Free      |
|           |            |           |
+-----------+            +-----------+

Answer 2

它几乎肯定取决于old_size、new_size 和header_size 的值，也取决于实现。您必须选择一些值并进行衡量。

1) 在header_size == old_size-1 && old_size == new_size-1 的情况下可能是最好的，因为它为您提供了单个realloc 基本上是空操作的最佳机会。 (2) 在这种情况下应该只会稍微慢一点（2 个几乎无操作比 1 稍慢）。

3) 在header_size == 1 && old_size == 1024*1024 && new_size == 2048*1024 的情况下可能是最好的，因为realloc 将不得不移动分配，但您避免复制您不关心的1MB 数据。 (2) 在这种情况下应该只会稍微慢一点。

2) 当header_size 远小于old_size 时可能是最好的，并且new_size 在realloc 很可能会重新定位的范围内，但也合理可能不会。那么您无法预测（1）和（3）中的哪一个会比（2）快得多。

在分析 (2) 时，我假设 realloc 向下大约是空闲的并返回相同的指针。这不能保证。我能想到两件事会让你感到困惑：

• realloc 向下复制到新的分配
• realloc 向下拆分缓冲区以创建一个新的空闲内存块，但是当您再次重新分配时，分配器不会将该新的空闲块再次按顺序重新合并回您的缓冲区无需复制即可返回。

其中任何一个都可能使 (2) 比 (1) 贵得多。因此，在 (1) 的优势（有时避免复制任何东西）和 (3) 的优势（有时避免复制太多）之间对冲您的赌注，这是一个实现细节（2）。

顺便说一句，这种关于性能的闲散猜测更有效地暂时解释您的观察结果，而不是暂时预测我们在不太可能发生的情况下会做出什么观察结果，因为我们实际上足够关心性能来测试它。

此外，我怀疑对于大型分配，通过将内存重新映射到新地址，实现甚至可以在不复制任何内容的情况下重新定位 realloc。在这种情况下，它们都会很快。不过，我还没有研究实现是否真的这样做。

Answer 3

这可能取决于大小以及是否需要复制。

方法 1 将复制旧块中包含的所有内容 - 但如果您不经常这样做，您将不会注意到。

方法 2 只会复制您需要保留的内容，因为您事先丢弃了其他所有内容。

方法3将无条件复制，而其他方法仅在内存块无法调整大小时复制。

就个人而言，如果你经常这样做，我更喜欢方法 2，如果你很少这样做，我更喜欢方法 1。分别，我会介绍其中哪些会更快。