可变长度数组的高性能“正确”C++ 替代方案

Question

我正在编写一个需要在运行时创建数组的函数。该数组将很小，因此我不担心不安全的代码，但是，我想编写“正确”的代码。因此，我正在考虑三种选择：

1. 字符数组[len];
2. char 数组 = new char(len);
3. std::vector array(len);

使用Compiler Explorer 将它们与-O3 进行比较。 结果是这样的：

1. 12 条指令，0 次调用 new
2. 21 条指令，1 次调用 new
3. 118 条指令，2 次以上 new 调用

我是否缺少对 std::vector 的优化，或者“正确”的 c++ 方式是否较慢，或者我完全错过了一种编码方式？

编辑：我忘了删除堆分配的数组

测试代码：

代码 1：

#include <string.h>

void populate_array(char* arr);
int compute_result(char* arr);

int str_to_arr(const char* str)
{
    auto len = strlen(str);
    char array[len];
    populate_array(array);
    return compute_result(array);
}

代码 2：

#include <string.h>

void populate_array(char* arr);
int compute_result(char* arr);

int str_to_arr(const char* str)
{
    auto len = strlen(str);
    char* array = new char[len];
    populate_array(array);
    auto result = compute_result(array);
    delete[] array;
    return result;
}

代码 3：

#include <string.h>
#include <vector>

void populate_array(std::vector<char> arr);
int compute_result(std::vector<char> arr);

int str_to_arr(const char* str)
{
    auto len = strlen(str);
    std::vector<char> array(len);
    populate_array(array);
    return compute_result(array);
}

Answer 1

代码中存在一些问题，可能会导致您在比较中误入歧途。

1. new char(len) 分配一个单独的字符，用值len 初始化。你会在new char[len] 之后分配len 字符。也应该有一个匹配的delete []。
2. std::vector<char> 对象按值传递给populate_array，进行复制（因此实际上不会填充所需的数组），compute_result 也是如此。这些副本将产生新的分配。在这里通过引用传递是合适的。
3. 不使用自定义分配器，std::vector 将对其所有元素进行值初始化。实际上，这意味着该向量中的每个元素都设置为零。这不是由new char[len] 执行的。

VLA 不是 C++ 的一部分，但可以作为扩展提供。虽然在这种情况下，对于小的len，编译器可以选择为堆栈上的数组分配空间，但由于它们的非标准性质，最好避免使用它们；即使在 C 中，也不需要支持它们。