在制作大缓冲区时，使用 malloc 分配缓冲区是否比使用静态分配的缓冲区更快？

Question

我正在尝试制作这样的数组：

char tmp[4][32768];
//code

这是在一个函数中，我发现将这个数组设为全局会提高程序的速度（不幸的是，我无法保持这样的状态，因为函数在遇到某些数据时会递归调用自身）。我想让这个功能更快，但我读到malloc 可能会很慢。那么是这样留下还是这样做会更快吗？：

char** tmp;
tmp = malloc(4 * sizeof(char*));
tmp[0] = malloc(32768);
tmp[1] = malloc(32768);
tmp[2] = malloc(32768);
tmp[3] = malloc(32768);
//code
free(tmp[0]);
free(tmp[1]);
free(tmp[2]);
free(tmp[3]);
free(tmp);

Answer 1

在所有条件相同的情况下，通过malloc（或calloc或realloc）分配内存将比使用auto（本地）数组更慢且更费力，后者会更慢而不是使用static 数组。

不过，所有事物通常都不是平等的。正如您所发现的，static 数组在处理递归时效果不佳（或者当您只需要保留多个状态时，因为任何尝试使用 strtok 来标记像 "a=b&c=d&e=f" 这样的字符串的人都知道太好）。 128K auto 数组有点偏大，如果函数是递归的，这可能是个问题，因为堆栈空间对于单个进程通常是有限的。

这是动态内存的理想用例，它通常不像堆栈上的内存那样有限。权衡是它会比替代方案更慢，并且需要您做更多的工作。

究竟慢多少取决于你如何分配和使用它——像这样将它分配为一个连续的块只需要一个malloc（和相应的free）调用，并且应该更适合本地化：

char (*tmp)[32768] = malloc( 4 * sizeof *tmp );
if ( tmp )
{
  for ( size_t i = 0; i < 4; i++ )
    strcpy( tmp[i], some_string ); // or however you intend to use tmp;
  ...
  free( tmp );
}

但如果您的堆足够分散，您可能无法将其分配为单个连续块，而必须使用多个 malloc（和 free）调用来零碎地进行分配：

char **tmp = malloc( 4 * sizeof *tmp );
if ( tmp )
{
  for ( size_t i = 0; i < 4; i++ )
  {
    tmp[i] = malloc( sizeof *tmp[i] * 32768 );
    if ( tmp[i] )
    {
      strcpy( tmp[i], some_string );
    }
  }
  ...
  for ( size_t i = 0; i < 4; i++ )
    free( tmp[i] );
  free( tmp );
}

确定哪个更快、哪个更适合您的目的的唯一方法是编写多个版本并衡量它们的性能。

说了这么多……

如果你的代码做错了事，或者给出了错误的答案，或者在输入错误的第一个提示时吐得满地都是，或者暴露了敏感数据，或者提供了一个入口点，那么无论你的代码有多快对于恶意软件，或者无法修改或维护。代码的正确性和可维护性首先，不考虑原始执行速度，然后是上面列出的所有其他问题。除非您有硬 性能要求（“此操作必须在 X 毫秒内完成”），否则不要担心速度。先把它做好，如果你不满意，你可以稍后再调整性能。

此外，根据您的其余代码的作用，分配和管理该内存的不同方法之间的差异可能微不足道 - 如果您的代码大部分时间都在等待某人输入数据，那么使用malloc 而不是auto 数组所花费的额外几个时钟真的无关紧要。另一方面，如果您在紧密循环中调用此代码数千次，那么这些额外的时钟加起来会产生显着差异。

根据分析和测量做出您的决定，而不是猜测。

Answer 2

这不是更快或更慢的问题。这是你是否炸毁堆栈的问题。

您正在创建一个大小为 128K 的数组，该数组对于局部变量来说相当大，并且局部变量通常存在于堆栈中。如果您递归调用此函数，则每次调用的堆栈上还有 128K。只需几次递归调用就足以导致堆栈溢出，从而可能导致崩溃。

动态分配内存几乎是您唯一的选择。但是，您可以将其减少到单个分配：

char (*tmp)[32768] = malloc(4 * sizeof *tmp);

这种分配是有效的，因为char [4][32768] 类型的二维数组衰减到与上面tmp 的类型匹配的char (*)[32768] 类型的指针。 malloc 返回的内存足以容纳 4 个 char[32768] 类型的对象。该内存是连续的，不像为每个子数组分别调用 4 次 malloc。