如何在 C++ 中有效地管理内存/时间？答案

【问题标题】：How to efficiently manage memory/time in C++?如何在 C++ 中有效地管理内存/时间？
【发布时间】：2014-01-12 14:46:46
【问题描述】：

案例：

我用 Java 编写了一个 minimax 算法，然后我将代码移植到 C++ 中，维护相同的类和方法。然后我对 C++ 代码进行 valgrind，直到通过将 delete 函数放入析构函数（如果可能）来修复所有内存泄漏。修复所有漏洞后，我在井字游戏中测试了该算法，然后将该代码以相同的方式移植到 C++ 中。我确信 C++ 版本的性能会更好，但是我很惊讶地看到 C++ 版本在 125 秒内解决了 100 个（不是随机的）游戏实例，而 Java 版本在 30 秒内解决了它们！然后，我使用 System Monitor 检查了这两个程序的内存使用情况：测试结束时 Java 代码的内存使用量增加了大约 20%，而 C++ 版本的内存仅增加了 5%。

然后，在我看来，很明显这个delete 策略是节省内存但会扼杀时间性能，这不是我想要的，至少在这种情况下是这样。是否有另一种删除策略来更好地设计需要小运行时间但允许高内存使用的软件？

【问题讨论】：

优化是一件棘手的事情，¿你确定删除会给你带来这么多麻烦吗？您有什么方法可以分析您的 C++ 执行时间，以便找出在删除调用上花费的时间？
是的，我可以尝试测量删除周期所消耗的时间。我会做的，我会更新你。
发布您的代码将有助于分析问题。
@bancsy 是的，我知道，但代码包含数千行 Java 和 C++。
Java 和 C++ 是不同的语言。想象一下，您尝试通过从您的母语保加利亚语逐字直译来说葡萄牙语；结果不会很漂亮，不管一些以葡萄牙语为母语的人有多漂亮。

标签： java c++ memory garbage-collection

【解决方案1】：

malloc 和 delete 必须做更多的工作

内存不是以多线程方式分配的
内存不是在内存中连续分配，而是用于空闲内存区域。
delete 在当前线程中执行。
对于 64 位应用程序，您可能会发现内存对齐是 16 字节而不是 8 字节，从而导致每次分配的填充更多。

C++ 中可能的解决方案

不要这么多使用堆，在堆栈上分配比 Java 或 C++ 的堆快得多，而且是多线程的。
如果可能，立即分配对象块，例如对象数组是 C++ 中的一次分配，而不是 Java 中的 N+1。
使用多线程分配器。 C++ 支持多个分配器。
使用竞技场分配模式。如果你有一个有很多节点的大型数据结构，你可以一次分配 N 个节点的块，当你释放这些节点时，建立一个空闲节点的链表。您需要对节点本身执行此操作。在这种方法中，整个数据结构/领域会立即被释放。

简而言之，如果您将 Java 代码直接翻译成 C++，它可能会更慢，因为这没有利用 C++ 允许但 Java 没有的所有优化。

顺便说一句，Java 6+ 使用 32 位引用来获得高达 32 GB 的内存。如果您构建 64 位 C++ 应用程序，请查看使用 32 位指针/引用/索引是否适合您。

【讨论】：

我要建一棵大树。按照您的建议，设计一个 NodeFactory 将是一个好主意，它一次分配例如 1000 个节点并“按需”为 minimax 算法提供参考？
@HAL9000 前提是你永远不需要回收节点或者你有一个简单的回收策略，例如树只是一次添加和释放，这应该快得多。如果您大量使用 delete 和 malloc，您可能没有简单的解决方案。

【解决方案2】：

如果你不断地建造一棵树（有很多小动态分配的节点）并将其拆除，您就在垃圾收集最有利的情况。你可能想要将 Boehm 收集器与 C++ 一起使用。（IIRC，Boehm 的基准，旨在表明垃圾收集可以比手动分配，与此非常相似：构建大树，然后将它们推倒。）

或者，您可以查看某种内存池。这不是 C++ 初学者的技术，但事实并非如此也很难。或者，不是删除节点，而是放置将它们放到空闲列表中，以便稍后回收。（分配时，你首先查看空闲列表，如果是，则仅调用new 空。）或将两者结合起来。

【讨论】：