一个 NxM 数组还是 N 个大小为 M 的数组？答案

【问题标题】：One NxM array or N arrays of size M?一个 NxM 数组还是 N 个大小为 M 的数组？
【发布时间】：2017-01-05 17:47:40
【问题描述】：

我正在进行科学计算，需要存储粒子的速度。要存储 3 个组件，我应该使用 3 个不同的数组还是单个 1x3 数组？它会以任何方式影响我的计算吗？

我的粒子数量会很大，甚至可能达到 1e10 或更多。我将使用 C++。

【问题讨论】：

这在很大程度上取决于您访问数据的方式。由于缓存等因素，有不同的算法可以从中受益。
你的标题是 NxM，但你的身体是 1x3。为什么要使用 1x3 数组？您是说体内的 Nx3 吗？
这是古老的 Array-Of-Structures 与 Structure-Of-Arrays 问题的一个特例。正如@twalberg 所说，这仅取决于您的数组访问权限。如果您将比其他维度更多地沿着一个维度进行操作 - 所有（例如）速度的 x 分量在一起，与每个粒子的速度的所有分量相比 - 将这些数据保持在一起是有意义的。但请注意，在这里您可以通过将数组排序为（例如）double vel[NPTS][NDIMS] 与 double vel[NDIMS][NPTS] 来获得这种好处 - 实际上单独的数组 vx[NPTS], vy[NPTS], vz[NPTS] 会很痛苦。

【解决方案1】：

始终尝试首先编写可读和可维护的代码，然后才进行优化。

在 C++ 中，就像在良好的旧 C 中一样，内存在内部由 brk 或 sbrk 分配为一大块（最小为 10240 字节）。所以想象一下你之前已经分配并释放了一些内存。

案例 1：您创建了 3 个数组。最有可能的是，在使用过的块中会有一些空闲块。所以它基本上会遍历空闲块列表并根据算法放置它们，可能是最合适的（但不仅是）。无论哪种方式，它都会（或者可以，因为它是运行时没有明确的答案）将它们分散在已经分配的内存上。说1在中间，那么另外两个在最后。

案例 2：您创建 1 个数组。然后它会被分配到一个地方。新获得的存储空间或可用的存储空间。

所以我会选择 1x3 二维数组。这样您将受益于参考原则的局部性，特别是内存局部性。

但是，正如我所说，您应该确保使用二维数组不会损害数据连接性方面的可读性。

我希望这能带来一些启发！

【讨论】：

我相信现代分配器倾向于使用mmap而不是sbrk。总的来说，你的建议似乎是合理的。在 CPU 上，一个 3 组件阵列应该只比 3 个 1 组件阵列稍微快一点。然而，在 GPU（想想 OpenCL 或 Cuda）上，由于大部分不存在全局内存缓存，它会明显更快。
是的，同意。我只是尽量保持基本。
[1][3]?什么？你假设N = 1？或者您是否认为每个粒子都有自己的数组/数组集？这里的选项是一个 Nx3 数组用于所有粒子速度数据或 3 个长度为 N 的数组表示所有粒子速度的 x、y 和 z 分量。
等待...问题正文说 1x3。奇怪的。标题或正文中必须有错字。我猜 1x3 是一个错字。
对其进行了编辑以消除任何不明确之处。