分配但不构造大量 C++ 对象

Question

在某些情况下，我的 C++14 程序需要大约 1 亿个“块”complex<float>，这需要接近 1 GB 的 RAM。我们可以放心地假设所需的内存将可用。

但是分配一个新的std::vector 真的很慢，因为复杂的构造函数调用了1亿次。在我的机器上，代码需要大约一秒钟的时间来初始化数组。

相比之下，调用calloc()，将分配的内存初始化为零，效果基本相同，运行时间非常短。

事实证明，我们甚至不需要这个初始化，因为大数组中的复合体稍后会从外部源填充。因此，我正在考虑将那个“块”中的对象的构造推迟到以后，然后直接从外部数据源构造它们。

所以我的问题是，是否有一种安全的惯用且有效的 C++ 方法来做到这一点，也许在此过程中使用 C++ 移动语义？如果不是，我们决定简单地malloc 内存块，那么我们可以简单地将内存块reinterpret_cast 转换为complex<float> 的普通旧C 数组吗？

感谢您的帮助

让-丹尼斯·梅斯

Answer 1

所以你的问题是你是否可以使用malloc()。多年前，我在我的旧 C++ 编译器中使用了相同的方法，并且成功了。但最后我不得不打电话给free() 而不是delete[]。我认为这是特定于实现的，所以你应该在你的编译器上尝试一下。

Answer 2

我强烈建议坚持使用 c++ 并避免自己手动管理内存。

标准库应该足够了。例如

std::vector< complex > my_vector;

// Reserve the necessary space without constructing anything
my_vector.reserve( 100'000'000); 

// construct the elements when needed
populate( my_vector ); 

Answer 3

如果您将complex<float> 类的默认构造函数定义为空，从而使成员变量未初始化，那么鉴于编译器优化已打开，这两个操作之间应该没有任何实际区别。

假设complex 类的定义如下。

template <typename T>
struct complex
{
  complex() {}; // Empty constructor does nothing
  T a, b;
};

在启用 x86-64 gcc 6.2 和 -O2 的情况下使用 vector 初始化生成的程序集是：

std::vector<complex<float>> v(100);

    mov     edi, 800
    call    operator new(unsigned long)
    mov     rdi, rax
    call    operator delete(void*)

手动调用malloc和free生成的程序集是：

auto v = malloc(100 * sizeof(complex<float>));
free(v);

    mov     edi, 800
    call    malloc
    mov     QWORD PTR [rsp+8], rax
    mov     rdi, QWORD PTR [rsp+8]
    call    free

如您所见，vector 实现不再为每个元素调用complex<float> 的构造函数。 vector 的用法更正确、更易读，并且还利用了 RAII 有助于防止内存泄漏。