循环内部的变量声明

Question

我有一个函数，它在循环内对数组执行一些操作。每次迭代结束后，它应该将数组初始化为零。那么以下哪个选项将带来性能优势？

one.c

int main(void){
 char buf[4096] = { 0};

 while (1 /*flag*/) {

       /*Some operation here*/
    memset (buf, 0, sizeof (buf));
    }
}

two.c

int main(void){

 while (1 /*flag*/) {
       char buf[4096] = { 0};
       /*Some operation here*/
    }
}

在 one.c 中，使用了显式的 memset 函数。但是在 two.c 中，数组在循环内部声明并初始化为零。

- mahendiran.b

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one.c是更好的选择。在这个文件中，相同的变量内存被设置和取消，但是在two.c中，你正在创建一个循环时间buf。 - Rustam

memset是一个更好的选择，因为它在string.h库中具有预定义的行为，可以将整个内存块重置为零，而在循环中声明堆栈变量会导致程序在每次迭代中初始化数组，这比重置内存位置更昂贵。 - Aunn Raza

@Rustam实际上并不是这样的。任何生产级别的编译器都会对第二个版本进行优化，使其使用相同的内存（数量）。然而，尽量减小变量的作用域通常是一个好主意，所以我会选择two.c。 - The Paramagnetic Croissant

@AunnRaza 哎呀，那完全是错误的。memset并不是魔法。它必须遍历你想要清零的所有内存。从语义上讲，它等同于重新初始化。（有可能编译器将重新初始化实现为memset，或者反之亦然）。你所说的“在每次迭代中初始化数组比重置内存位置更耗费资源”根本就没有意义。 - The Paramagnetic Croissant

@Rustam：此外，由于在one.c中变量定义中的初始化器，会有额外的4 KiB内存初始化。如果变量在one.c中没有显式初始化，则两者将等效。 - Jonathan Leffler

参见循环内的堆栈分配，该问题也涉及到一个char buf[4096];，但是没有进行任何初始化。 - Jonathan Leffler

Answer 1

呃，我看到了很多猜测。让我们来看看：

首先，问问自己：性能真的重要吗？也就是说，

• 你对程序进行了基准测试吗？
• 它是否因为调用memset或初始化而变慢了？
• 将其更改为另一种替代方案是否导致了显著的性能提升？

我猜你还没有进行基准测试，这种情况下你一定要进行测试。或者也许在这里性能并不重要，那么你应该选择风格上更优秀的代码。

然而，总的来说，有几个关于这段代码可以说的事情。请注意，这都是猜测，因为我不知道你在循环中做什么，所以无法复制你的代码并进行基准测试，但我会尝试。

首先，我更喜欢第二个版本，因为它最小化了缓冲区的范围。通常，您希望尽可能缩短变量的生命周期，以便：

1. 最小化变量名称冲突或意外重用变量的概率，以及
2. 让编译器的优化器重用它们的存储以最小化堆栈使用。

此外，今天的激进优化编译器很可能会以相同的方式处理这两个代码片段。 memset()通常是一个编译器内置函数，因此编译器了解其语义（即它用字节填充内存）。因此，如果发现通过内联调用memset()并仅发出将内存清零的代码更快，则编译器可能会将调用内联，因此没有函数调用开销。

也可以做出相反的决定：如果编译器推断出因某种原因（即减少代码大小）更好，则可以将数组的逐字节零初始化替换为调用memset()，而且通常确实会这样做。

我在一些答案/评论中读到的论点“初始化数组比重置内存位置更昂贵”简直是胡说八道——我甚至不理解“重置内存位置”的含义。在这种情况下，零初始化和memcpy(0)都会做同样的事情，而且有可能，如果启用了足够的优化，它们将编译为完全相同的机器代码。

- The Paramagnetic Croissant

Answer 2

这两个程序完全相同。实际上，由于它们都没有产生任何可观察的行为，因此可以将两个程序完全优化掉。

如果您的编译器（在最大优化级别下）对任何一个程序进行了不同的处理，则可以向您的编译器供应商报告，并根据您环境中的测试使用其中任何一个看起来更快的程序。

"什么更快" 没有全局答案。

示例代码链接，我添加了一些无用的内容以抑制优化- func1 和 func2 体看起来非常相似。

- M.M

Answer 3

两个程序都使用相同大小的栈（4KB）存储缓冲区。然而，在循环中，two.c 不会调用函数，而是直接将 0 存储到 buf 中，通常使用指令 stos。因此，如果 one.c 没有充分优化，two.c 似乎具有更好的性能。

- Peixu Zhu