最佳实践：函数（C ++）中大时间缓冲区的频繁使用

Question

我经常遇到这样的问题：我的函数需要一些内部计算的内存。该函数将被高频率调用。可能是因为内存量太大而无法放入堆栈。因此，我必须分配和取消分配内存。但是，我非常担心这种频繁，不必要的分配/释放所引起的开销。

我目前看到以下选项：

1. 每次分配/取消分配
2. 使用静态变量将内存与共享指针结合使用，以确保安全销毁分配的内存
3. 使用全局（或文件范围）内存来始终保留分配的内存。
4. 将函数封装在Class内，并添加一个用于保存分配的内存的成员变量（这里我最关心的是

关于方法3-4：我最担心的是，实际上该存储器中的值仅在该函数内有效，并且仅应在该函数中使用。但是，实际上，变量的范围更大，并且很容易出现变量的误用或意外使用。必须明确指出，不打算在函数之外使用这些变量。我现在最喜欢的是选项2。在这种情况下，我很高兴听到您对最佳实践方法的意见。

认真修改的问题：想象一下，我们现在有了一个成员方法，而不是一个独立的函数。在这里，我最喜欢的方法2不再起作用，因为该类的所有实例将共享同一计算缓冲区。因此，我认为只有两种选择：1.每次分配/解除分配2.为每个插件使用成员变量来分配内存。

关于方法2，我再次感到不信任：同一类中的所有函数都可以访问成员变量，尽管预期的范围应该仅用于此单个成员函数中的时间计算。

也许此变量的一些命名约定以及注释可能会有所帮助：E.g

...
private:
/** this variable is only intended to be used temporarily within fct1 */
std::shared_ptr<std::array<double, 10000>> tmpBuffer;
...

Answer 1

您在“稍作修改”问题中的做法似乎是合理的。如果您有一个函数重复处理某些数据，但又在某些其他范围内以有限的方式使用了这些函数，但又不希望整个程序访问，则可能暗示该数据和这些函数应捆绑在一起同一类中的成员和方法。一旦定义了该类，就可以通过范围界定，std::shared_ptr或类似方法等常规方法更简单地处理其实例的生存期。

那时，除非您有进一步的具体证据表明该类的作用域和布局正在引起问题，否则应该明智地相信编译器，CPU缓存等正在为您做出不错的选择，直到对数据进行剖析证明是相反的为止。 。

Answer 2

假设您具有要使用大的临时缓冲区F的函数B。

1. 如果要频繁调用B，则您不想在每次调用F时分配和取消分配F。

2. 我不确定您在选项＃2中的含义。如果将B声明为静态，则不要/不应将其放入shared_ptr中。静态变量具有程序生存期，不能/不应通过智能指针进行管理。

3. 从性能的角度来看，使用全局B与使用静态B本质上是相同的，除了使用全局其他功能之外，其他功能也可以访问B，这似乎不是您想要的。

4. 您可以将B封装在类C内，构造实例S，并将S的引用作为参数传递给F。除非您也将B传递给其他功能，否则其他功能将无法访问S。

我认为，在上述4个选项中，出于性能原因，您不想执行＃1，＃2在可见性方面要比＃3更好，而＃4似乎是最灵活的。

通过在＃4的B的访问器中使用原子操作，您还可以允许多个线程在共享对B的访问的同时调用该函数。或者，您可以在不应共享同一缓冲区的线程中简单使用C的不同实例。 F是否是类成员方法的静态函数也无关紧要；行为是相同的。

缺点是F现在需要一个额外的参数（C& s），其寿命需要由程序在F之外进行管理。但这本质上就是您想要的-性能优化。