初始化 3d 数组的快速方法 (C++)答案

【问题标题】：Fast way of initallizing a 3d array (C++)初始化 3d 数组的快速方法 (C++)
【发布时间】：2018-04-05 09:01:22
【问题描述】：

在我的程序中，我需要创建一个大型 3d 数组（~1GB）我目前正在使用两个 for 循环来初始化数组：

float*** array = new float** [m_width];

for (unsigned int i = 0; i < m_width; i++)
{
    array3d[i] = new float * [m_height];
    for (unsigned int j = 0; j < m_height; j++)
    {
        array3d[i][j] = new float[m_layers];
    }
}

代码运行良好，但速度很慢。所以我的问题是：有没有更快的方法来为多维数组初始化/保留内存？（几乎可以立即创建一维数组）

【问题讨论】：

你能量化一下“非常慢”吗？
保留一个平面数组 (1d) 并计算在其索引处访问特定元素的维度。
那不是 3d 数组。它是指向浮点数组的指针数组的指针数组。
有趣的事实：最里面的数组没有初始化。
将内存分配为width * height * depth 的一个大块。如果您需要将其归零（或初始化为值），请使用memset。然后索引为 3d 数组。

标签： c++ performance multidimensional-array memory-management

【解决方案1】：

我认为有两种选择：

加载具有数组结构的文件。
使用线程进行初始化，这种形式可以使用更多的cpu进行初始化。

您好。

【讨论】：

【解决方案2】：

当我想避免多维数组初始化但想要多维数组访问时，我正在做的一种方法是：

#define IDX_3D(x, y, z, width, height) ((x) + (y) * (width) + (z) * (width) * (height))

void main()
{
    int width, height, depth;
    width = height = depth = 2;
    float* multi_array = new float[width * height * depth];

    multi_array[IDX_3D(1, 1, 1, width, height)] = 1.0f;
}

【讨论】：

【解决方案3】：

从 C++11 开始，您可以使用以下代码：

int array[5][5][5] = {0};

这将创建一个 3d 数组，其中包含 125 个用零填充的整数。恕我直言，这是在堆栈上创建和初始化 3d 数组的最快（就代码行而言）方法。

要在堆上创建一个（使用新的）其他答案似乎很好。

当然你必须在之后用你的数据填充它，这需要一些时间，但它应该是可以接受的快。

【讨论】：

这需要在编译时知道大小。
请注意OP需要创建一个"a large 3d array (~1GB)".

【解决方案4】：

您不是在创建 3D 数组。您正在创建一个一维指针数组，每个指针指向一个一维指针数组，每个指针指向一个 floats 的一维数组。这在分配效率、缓存位置、访问效率等方面完全不同。

如果您只创建一个大小为width * height * depth 的数组，并使用索引算法来访问它，效率会高得多。请记住，C++ 中“动态数组”的标准拼写方式是std::vector；这对你来说特别重要，因为vector 值初始化了它的所有元素（这对于float 意味着将它们初始化为.0f）。您可以轻松地创建如下内容：

class Array3d
{
  size_t height, depth;
  std::vector<float> data;

public:
  Array3d(size_t width, size_t height, size_t depth) :
    height(height),
    depth(depth),
    data(width * height * depth)
  {}

  float& at(size_t x, size_t y, size_t z)
  { return data[x * height * depth + y * depth + z]; }

  float at(size_t x, size_t y, size_t z) const
  { return data[x * height * depth + y * depth + z]; }
};

添加更多功能、安全检查等。

速度更快的原因：

关于分配：这只是对（相当昂贵的）动态分配机制的一次调用，而不是问题中的width * height + height + 1 调用。
访问时：这需要一些整数操作和一个指针取消引用才能访问任何数据成员。分离数组机制需要 3 次连续的内存提取（计算和偏移，在那里检索指针，偏移它，检索另一个指针，...）。

【讨论】：