使用realloc函数和free -> malloc函数之间的区别

Question

为什么要使用 realloc() 函数来重新调整动态分配数组的大小，而不是在调用 malloc() 函数之前使用 free() 函数（即优缺点、优势与劣势等）？这适用于 C 语言编程，但我找不到适当的标签。提前感谢您。

- stanigator

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如果您不关心内存的内容，为什么需要内存呢？ - Philip

Answer 1

虽然内存管理在不同系统中存在差异，因此这个基准测试并不是最终的参考指标，但现在的情况往往比较标准化，因此这些结果应该是安全的参考点（如果您知道一个实际案例与此不符，请告诉我）。我正在使用Windows 7，搭载2.10GHz四核Intel Core i3 2310M处理器和4GB的内存，虽然不是最好的硬件，但是目前是我能用到的最好的。

这个基准测试会从一定量的内存（INITIAL_MEMORY）开始，并重复以小量（BYTE_STEP）为单位的重新分配，直至完全分配/释放ALLOCATE_MEMORY。为此，它尝试了6种方法：

1. 增加有损Malloc：free()和malloc()更多的内存。
2. 减少有损Malloc：free()和malloc()更少的内存。
3. 增加Malloc：malloc()更多的内存，复制数据并free()先前的内存。
4. 减少Malloc：malloc()更少的内存，复制数据并free()先前的内存。
5. 增加Realloc：realloc()更多的内存。
6. 减少Realloc：realloc()更少的内存。

那么，第一个测试：从2MB开始，以1KB的步长分配±1MB：

Increasing Lossful Malloc took 3 ms
Decreasing Lossful Malloc took 5 ms
Increasing Malloc took 1 265 ms
Decreasing Malloc took 744 ms
Increasing Realloc took 316 ms
Decreasing Realloc took 0 ms

正如我们所看到的，使用memcpy手动复制始终比realloc慢，因为在这种情况下，malloc保证分配新内存，并且您被迫在每次分配中复制数据，这表明realloc确实在某些情况下重用相同的地址并增加块大小。因此，如果你想保留你的数据，可能需要使用realloc。为了简化问题，我不会继续测试这种无损malloc方法。

让我们继续进行下一个测试：32MB初始内存，16MB以16KB步长分配：

Increasing Lossful Malloc took 4 ms
Decreasing Lossful Malloc took 4 ms
Increasing Realloc took 21 453 ms
Decreasing Realloc took 0 ms

现在我们可以看到，相对于其他测试，增加realloc需要非常长的时间。减少realloc甚至还没有达到1毫秒。这表明如果您不想保留内存，您应该使用free->malloc方法，或者呢？请看下面的结果：

Increasing Lossful Malloc took 777 ms
Decreasing Lossful Malloc took 729 ms
Decreasing Realloc took 19 ms

（这些结果非常接近，所以我运行了几个测试并对它们进行了平均。）

当使用realloc()时，显然减小内存大小更加高效。这可能是因为realloc不需要寻找新的内存块，它只使用之前的内存块并缩小它。如果您正在大量分配内存，则性能差异很大。

此外，我们可以看到，即使两者基本上执行相同的操作：查找内存块并分配它们，增加malloc()的速度也略慢于减小的速度。这种差异可能是因为在搜索较大内存块时，malloc需要花费更长的时间来搜索平均值，而在搜索较小内存块时，malloc需要花费更少的时间。例如，如果有一个30MB的内存块，分配16MB的malloc会使用它，但分配32MB的malloc将不得不跳过它并继续搜索，从而浪费时间。这可能是我的测试结果如此不同的原因。

总之/TLDR：

1. 如果你需要保留数据，请使用realloc()。与使用malloc()/free()并在扩大规模时复制数据相比，它的速度快约4倍。在缩小规模时，它快10,000-100,000倍。永远不要手动复制数据。
2. 如果你不需要保留数据，请使用malloc()/free()在扩大内存大小时，但在减小内存大小时请使用realloc()。
3. 如果你不知道上一个大小（你不知道你是在缩小还是扩大），请使用malloc()/free()。在缩小规模时，realloc()的速度快约40倍，但在扩大规模时，realloc()的速度慢约7600倍。除非您的程序进行了一些巨大的分配和大量的小型释放（比分配多约200倍，并可能出现这种情况），否则您应该使用malloc()/free()。

这是我的基准源代码：test.cpp

- negamartin

Answer 2

realloc的优点在于它会保留内存的内容。如果使用free + malloc的话，需要重设数组中的数据。

- JaredPar

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如果您对数据保存不感兴趣，则使用free和malloc可能在某些情况下更快（例如由于尺寸增长而需要移动内存块），但这也是一个缺点。 - Toad

如果需要缩小内存，使用realloc会更快；如果有足够的空间进行扩展，则使用realloc进行内存扩展可能也比较快。否则，将转换成malloc/copy/free的操作。 - Steven Sudit

如果您不需要保留数据，使用free和malloc似乎更能描述您正在进行的操作。 - Toad

如果您不需要保留数据，那么无论如何复制它的成本可能是禁止性的。 - Steven Sudit

我并不关心内存的内容，供你参考。 - stanigator

然后按顺序释放旧缓冲区并分配新缓冲区。任何体面的malloc()实现都会高效处理这种情况。试图通过使用realloc()来优化这种情况最终将是失败的。 - bbum

Answer 3

realloc（重新分配内存）可以原地更改块的大小，或分配一个新的块并复制尽可能多的内容。相比之下，malloc和free只能分配一个新的块，并且您必须自己执行复制操作。

坦率地说，由于realloc与C ++不兼容，它在今天的使用中并不常见。因此，内存管理器倾向于不针对其进行优化。

- Steven Sudit

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你关于realloc和内存管理器不优化它的说法 - 你是否阅读过相关资料？ - ArmenB

@ArmenB。我不确定2009年的时候我在想什么，但是我最近查看了TCMalloc的代码，发现它并不真正面向调整大小。 - Steven Sudit

Answer 4

我有一个程序，通过调用free()和malloc()函数创建动态数组。我想通过重复使用现有的数组来优化它。然而，基准测试表明，平均而言，realloc()的速度比仅仅调用free()和malloc()要慢。我猜这是有道理的，因为有时候数组会增长，可能需要进行复制。

- Brian Minton

Answer 5

"在再次调用malloc()函数之前，不要使用free()函数"

如果你释放了现有的数组，就会丢失所有内容，因此你不能像通常那样“增加”数组。

- me22

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我相信他们的意思是调用malloc，复制内容，然后释放内存。 - Steven Sudit

Steven刚刚说了我的意思。 - stanigator