最便宜的防御结构？答案

【问题标题】：Cheapest structure for deferencing?最便宜的防御结构？
【发布时间】：2015-02-10 15:44:45
【问题描述】：

假设我有一个以unsigned int 为键的关联数组；值可以是任何固定大小的类型。有一些预定义的最大数量。实例数。

API 使用示例：MyStruct * valuePtr = get(1234); 和 put(6789, &myStructInstance); ...基本。

当我从这个数组中快速随机读取条目时，我想尽量减少缓存未命中，因此我预先设置了malloc(sizeof(MyType) * MAX_ENTRIES) 以尽可能确保引用的局部性。

泛型对于 values 数组很重要。我看过C pseudo-generics，但为了简单起见更喜欢void *；但是，不确定这是否与性能目标不一致。最终，我想知道什么对性能最有利。

我应该如何实现关联数组以提高性能？到目前为止的想法......

我是否向关联数组传递了一个指向malloced 值数组的void * 指针并允许它在内部使用它（为此我们需要保证匹配的键数组大小）？我可以一般地这样做吗，因为需要（？）知道类型才能索引到 values 数组？
我是否在关联数组中有一个单独的void * valuePtrs[]，然后让这些指针指向malloced 值数组中的每个元素？这似乎可以避免需要了解具体类型？
我是否使用C pseudo-generics 从而允许get() 返回特定的值类型？当然，在这种情况下，唯一的好处是不必显式转换，例如MyStruct* value = (MyStruct*) get(...)... 数组元素仍然需要取消引用，所以开销相同？

而且，总的来说，上述减少 cahce 失误的方法是否有意义？

【问题讨论】：

请考虑展示您如何想象 API 使用数组，这有助于使其更加具体。
@unwind 如您所愿，请参阅第二段。
是的......对于那些字符串示例，您是否设想数组中存储的数据只是字符串指针，而不是字符串本身？如果它只是指针，那么你当然会使用void *，因为它可以指向任何东西，然后你的数组就变成了一个“指针数组”。
@unwind 好点，实际上，让我调整一下，因为字符串是一个不好的例子。最一般地，值数组将是一个结构数组。编辑：相应更新。
是的，字符串是这样的一个坏例子。现在，如果没有泛型，我看不出你如何可以拥有一个返回类型是动态的函数，就像你展示的那样。它必须是 bool get(void *value, const void *key) 或类似的东西才能复制一个在编译时大小未知的值。

标签： c performance data-structures collections memory-layout

【解决方案1】：

在这两种情况下，性能基本相同。在第一个（void* 实现）中，您需要查找值 + 取消引用指针。所以这是两条指令。
在另一个实现中，您需要将索引乘以值的大小。所以这个实现也需要两条指令。然而，第一个实现将更容易和更干净地实现。此外，阵列是完全透明的；用户不需要知道数组中的结构类型。

【讨论】：

谢谢鲁本。事实上，关联数组查找的性能已经与我的用例一样高，其中最坏情况下的读取访问时间比其他任何事情都更重要……我选择了二进制搜索查找。所以恐怕这个答案并不是很有帮助。如果你能详细说明 void * 添加另一个取消引用，我至少可以 +1 给你。
要么使用 void* 数组，它具有完全通用的值数组。如果你想有值，你将不得不跟随指针指向它的位置，从而添加指令。还有一个选项（获取半通用值数组）是使其成为一个结构，其中包含值数组（带有值，而不是指向值的指针）以及此表中条目的大小。这样，您可以在不知道数组中的结构类型的情况下计算条目的位置。第一个是更好的选择。抱歉，我的第一个答案是错误的。
再次感谢鲁本，这是有用的反馈。 +1。

【解决方案2】：

请参阅下面分类的解决方案，根据优缺点（感谢 Ruben 帮助我思考）...我已经为我的用例实现了选项 2 和 5，这有点笼统；如果您需要一个非常具体的一次性数据结构，我推荐选项 4。选项 3 是最灵活的，但对代码来说是微不足道的，也是最慢的。选项 4 是最快的。选项 5 有点慢，但在数组大小和一般使用方面具有灵活性。

关联数组结构指向类型化指针数组：

优点不需要失败值，不需要显式转换，不需要数组的编译时大小

缺点昂贵的双重 deref，需要通用库代码

关联数组结构包含void * 指针数组：

优点不需要失败值，不需要通用库代码

缺点昂贵的双重 deref，get() 之后的显式转换，如果不使用 VLA，则需要数组的编译时大小

关联数组结构指向void * 值的数组：

优点没有通用库代码，不需要数组的编译时大小

缺点代价高昂的三重 deref，get() 之后的显式转换，需要偏移量计算，这需要显式传入 sizeof 值

关联数组结构保存有类型值的数组：

专业人士廉价的单一 deref，不需要显式转换，键和条目连续分配

缺点需要通用库代码，必须提供失败值，如果不使用 VLA，则需要数组的编译时大小

关联数组结构指向类型值数组：

优点不需要显式转换，灵活的数组大小

缺点昂贵的双重 deref，需要通用库代码，必须提供失败值，如果不使用 VLA，则需要数组的编译时大小

【讨论】：