不同内存分配方式的时间差异

自从开始熟悉的cpp的指针写法后，我在使用疯狂使用指针的路上一去不复返（苦笑）。然而，自此之后，我发现自己的程序总是比别人慢半拍（其实不止半拍。。）。于是想要比较一下不同写法的差异。没想得，只是写了一下内存分配的部分，就发现了问题的根源所在。。。

分析

在这里，我们通过对新建\(10^7\)个Node结构体来比较不同的分配方法所花费的时间。并且，我们在分配完成后进行一次初始化操作。Node结构体如下：

struct Node
{
    int x;

    Node (int x = 0):x(x)   {}   
};

我们的所有操作都是在以下的循环体内进行：

for (int i = 0; i<MAXN; i++)
{
true//code here
}

首先，我们考虑的是最常用的情况：直接定义，赋值。代码为:Node x = Node(i);。经多次实验，所花费的时间大概为31ms。

然后，便是指针写法。代码为:Node *x = new Node(i);。所花费时间大致为500ms到600ms。

此外，我们尝试了一下提前获取内存空间，然后在需要指针时将已经获取到的内存空间分配给当前指针的写法。这里的写法是一个较为普适性的写法，使用了一个MemoryPool的结构体，若是只需分配一种结构体的空间则可以不用这么麻烦。MemoryPool的写法参照于Menci，写法如下：

template <size_t SIZE>
struct MemoryPool
{
    char buf[SIZE], *cur;

    MemoryPool():cur(buf)  {}

    void *malloc(int size)
    {
        if (size + cur > buf + SIZE)
        {
            cout << "out of memory" << endl;
            return malloc(size);
        }

        char *p = cur;
        cur += size;
        return (void *)p;
    }
};

MemoryPool<sizeof(Node) * MAXN> pool;

然后再循环内执行下列代码即可：

1 2	Node x = (Node)pool.malloc(sizeof(Node)); *x = Node(i);

该方法的循环执行时间大概为90ms，加上大致30ms的初始内存分配时间，大致为120ms。

另外，此时的循环内代码通过引用new头文件(#include <new>)，可以简写为Node *x = new ((Node*)pool.malloc(sizeof(Node))) Node(i);，对运行时间没有什么影响。

由此，我们可以得出结论。各方法的时间比约为\(1:20:4\)。也就是说，若是为了运行效率考虑，还是普通的直接定义使用的方法优先。但若是想用指针又想较为快速的话，也可以使用第三种方法，不过这样令变量的生命周期更加难于管理，所以在实际工程中不建议使用，在竞赛中可以作为优化指针速度的一种手段。

完整代码

#include <iostream>
#include <new>
#include <windows.h>

#define MAXN 10000000

using namespace std;

struct Node
{
    int x;

    Node (int x = 0):x(x)   {}   
};

template <size_t SIZE>
struct MemoryPool
{
    char buf[SIZE], *cur;

    MemoryPool():cur(buf)  {}

    void *malloc(int size)
    {
        if (size + cur > buf + SIZE)
        {
            cout << "out of memory" << endl;
            return malloc(size);
        }

        char *p = cur;
        cur += size;
        return (void *)p;
    }
};

MemoryPool<2 * sizeof(Node) * MAXN> pool;

int main()
{
    DWORD a = GetTickCount();

    //方法一：直接定义
    for (int i = 0; i<MAXN; i++)
    {
        Node x = Node(i);
    }

    DWORD b = GetTickCount();

    //方法二：使用指针
    for (int i = 0; i<MAXN; i++)
    {
        Node *x = new Node(i);
    }

    DWORD c = GetTickCount();

    //方法三：提前分配空间，然后分配空间
    for (int i = 0; i<MAXN; i++)
    {
        Node *x = (Node*)pool.malloc(sizeof(Node));
        *x = Node(i);
    }

    DWORD d = GetTickCount();

    //方法四：在方法三的基础上使用new方法
    for (int i = 0; i<MAXN; i++)
    {
        Node *x = new ((Node*)pool.malloc(sizeof(Node))) Node(i);
    }

    DWORD e = GetTickCount();

    cout << "The time we spent were " << b - a << ": " << c - b << ": " << d - c << ": " << e - d << endl;

    return 0;
}

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