Objective-c 中的高性能缓冲区答案

【问题标题】：high performance buffers in objective-cObjective-c 中的高性能缓冲区
【发布时间】：2013-05-03 10:11:57
【问题描述】：

我想知道对于 Objective-c 中的音频数据，最适用的缓冲区实现类型是什么。我在 iPhone 上处理音频数据，我在录制或播放时对音频数据进行一些直接的数据操作/DSP，因此性能很重要。几个月以来我一直在做 iPhone 开发。目前我正在处理元素类型为 SInt16 或 Float32 的 c 数组，但我正在寻找更好的东西。

AFAIK，指针迭代 c 数组的性能在 Objective-c 环境中是无与伦比的。但是，指针算术和 c 数组很容易出错。您始终必须确保您不会越界访问数组。如果这样做，您不会立即收到运行时错误。而且您必须手动确保正确分配和释放数组。

因此，我正在寻找替代方案。有哪些高性能替代品？ Objective-c 中有什么类似于 c++ 风格的 std::vector 的吗？

类似的意思是：

性能不错
- 可通过基于指针/迭代器的循环进行迭代
- 没有将 Float32 或 SInt16 等基本数据类型装箱/拆箱到 Objective-c 对象的开销（顺便说一句，objective-c 中“基本数据类型”的正确词是什么？）
边界检查
可以在我的搜索列表实现中复制/读取/写入其他列表或数组的块
包括内存管理

我已经搜索并阅读了很多内容，当然NSData 和NSMutableArray 是上述解决方案之一。但是，由于基本数据类型的装箱/拆箱开销，它们不会使处理成本加倍吗？代码看起来非常丑陋，就像一个简单的“设置”操作变成了一些名为replaceObjectAtIndex:withObject: 的恐龙，这不是我关心的问题，但它仍然让我觉得这个类不是为我设计的。

【问题讨论】：

std::vector 有什么问题？您可以在 iOS 上使用 C++ 代码。此外，您提到的所有事情都会导致开销。此外，所有 Core Audio API 都适用于 C 数组。
是的，如果你想要 std::vector，只需将你的实现文件重命名为 .mm 并继续前进。
事实上，据我所知，几乎所有从事 iOS 音频开发（事实上，几乎所有其他平台上的音频开发）的人也都使用 C++。这包括几乎所有 Apple 的示例应用程序。
另外，不要刻薄和无用，但 C 数组和指针算法不容易出错——程序员是。无论使用何种数据结构，程序员始终有责任“把事情做好”。
使用std::vector 的明显警告是operator[] 没有检查边界，但速度很快。你会想要使用at() 方法。

标签： ios objective-c audio collections buffer

【解决方案1】：

NSMutableData 符合您的要求之一，因为它将 Objective-C 内存管理语义引入了普通 C 缓冲区。你可以这样做：

NSMutableData* data = [NSMutableData dataWithLength: sizeof(Float32) * numberOfFloats];
Float32* cFloatArray = (Float32*)[data mutableBytes];

然后您可以将cFloatArray 视为标准C 数组并使用指针迭代。当NSMutableData 对象被释放时，支持它的内存将被释放。它不提供边界检查，但它提供内存管理帮助，同时保持 C 数组的性能。

此外，如果您想从工具中获得一些帮助来解决边界检查问题，请阅读 Xcode 的 Malloc Scribble、Malloc Guard Edges 和 Guard Malloc 选项。这些将使运行时更加对边界问题更加敏感。在生产中没有用，但有助于解决开发过程中的问题。

【讨论】：

【解决方案2】：

Foundation 框架中提供的容器几乎没有提供音频处理功能，总体而言相当重量级，也不提供外部迭代器。

此外，iOS 或 MacOSX 中与样本缓冲区交互的音频 API 都不是基于 Objective-C 的，也不是采用 Foundation 框架容器的任何参数。

您很可能希望将 Accelerate Framework 用于 DSP 操作，其 API 均适用于 floats 或 int16s 的数组。

虽然所有的 API 都是 C 风格的，但 C++ 和 STL 显然是满足您需求的首选武器，并且以 Objective-C++ 的名义与应用程序的其余部分完美交互。 STL 经常编译成与手工 C 语言一样高效的代码。

要对缓冲区进行内存管理，也许可以使用std::array - 如果你想要边界检查或std::shared_ptr 或std::unique_ptr，如果你不担心的话，可以使用自定义删除器。

需要iterator 的地方——例如<algorithm> 中的算法函数——通常也可以使用指向基本类型的指针——比如你的样本缓冲区。

【讨论】：