C编程：循环中的malloc和free

Question

我刚开始学习C语言，对于malloc()和free()的性能问题知之甚少。我的问题是：如果我在一个循环内部调用malloc()然后再调用free()，这个循环会比在循环外部调用free()运行得更慢吗？假设这个循环需要执行20次。

实际上，我正在使用第一种方法来为缓冲区分配内存，从文件中读取可变长度的字符串，进行一些字符串操作，然后在每次迭代结束后清空缓冲区。如果我的方法产生了大量开销，那么我想请教有没有更好的方法来达到相同的结果。

- kwong

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如果你在循环内调用了malloc并且在循环外调用free，那么除了最后一次迭代使用的malloc之外，其余所有malloc分配的内存都会泄漏。但是，你可以使用realloc代替malloc，在循环外调用free即可避免这种情况。 - Cascabel

@Jefromi：我认为你应该把那个评论变成一个答案。 - Fred Larson

你的英语很好，事实上比大多数 SO 新手的英语都要好。 - Billy ONeal

@fred：嗯，我做了，但是Kenny的更好，因为它不会盲目地每次都重新分配内存。 - Cascabel

如果你想要对这样的事情进行基准测试，你需要使用超过20次迭代。200,000次是更好的选择，或者运行循环直到计时器到期，然后计算在5秒内运行了多少个循环。 - Zan Lynx

Answer 1

肯定会更慢。（但请记住你需要平衡malloc和free的次数，否则可能会导致内存泄漏。）

如果长度变化，您可以使用realloc来扩展缓冲区大小。

void* v = malloc(1024);
size_t bufsize = 1024;

while(cond) {
   size_t reqbufsize = get_length();
   if (reqbufsize > bufsize) {
      bufsize = reqbufsize * 2;
      v = realloc(v, bufsize);
   }
   // you may shrink it also.

   do_something_with_buffer(v);
}

free(v);

- kennytm

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+1 -- 但是你不觉得 bufsize = reqbufsize * 2; 有点过分吗？ :P - Billy ONeal

那其实是一种相当普遍的做法。 - Dinah

缓冲区的大小通常会按比例增加，因为这样可以获得更好的平摊渐近运行时间。如果每次重新分配一个插槽并插入n个元素，则需要复制1 + 2 + ... + (n - 1) + n = O(n^2)次。然而，如果将缓冲区的大小加倍，则插入n个元素只需要O(1)次复制。您可以在哈希表维基百科文章中找到更严谨的解释：http://en.wikipedia.org/wiki/Hash_table#Resizing_by_copying_all_entries - Michael Koval

如果realloc失败，你就泄漏了它。你需要一个临时指针用于realloc，如果成功了，就将其复制到原始指针上，否则释放原始指针并中止并输出错误消息。 - Arthur Kalliokoski

@Arthur。是的。但如果realloc失败，您面临的问题比泄漏更大：)。 - kennytm

Answer 2

如果你在调用malloc内存分配函数时，不能在循环外部调用free释放内存：

char * buffer;
for (int i = 0; i < num_files; i++) {
    buffer = malloc(proper_length(i));
    // do some things with buffer
}
free(buffer);

你将会使用 num_files 次 malloc，但只释放了一次 - 你泄漏了除最后一个以外的所有内存！

有两种主要选择 - 如果你知道一个适用于所有情况的大小，则在循环之前 malloc（或者只使用数组），或者使用 realloc：

char * buffer = NULL;
for (int i = 0; i < num_files; i++) {
    buffer = realloc(proper_length(i));
    // do some things with buffer
}
free(buffer);

- Cascabel

Answer 3

在前20次迭代中，您不必担心malloc/free的性能。

即使进行更多迭代（数个数量级），在分析代码并了解哪些内容较慢之前，也不应开始考虑优化。

最后，如果您要释放缓冲区，就没有必要先清除它。即使您将malloc/free移至循环外部（使用Justin建议的最大缓冲区），也不需要显式清除缓冲区。

- Steve Madsen

Answer 4

如果您知道缓冲区的最大长度，或者可以设置一个合理的最大长度，则可以在每次迭代中使用相同的缓冲区。否则，您目前的做法应该是可行的。

- Justin Ethier

Answer 5

这取决于您需要缓冲区的用途。

您是否真的需要在每次迭代后清除它，或者仅使用\0字符标记字符串的结尾即可？毕竟这就是各种str库调用的方式。

如果您确实需要清除它，可以使用bzero()。每次迭代都进行malloc和free是浪费资源的，因为您可以愉快地重复使用缓冲区。

如果您要并行化for循环（即有多个并发线程使用它），则会出现不同的问题。

简单的现实例子：使用桶来运输水。假设您需要多次使用该桶：拿起它，使用它，放下它，再次拿起它，使用它等等...是否有意义？您可以尽可能多地重复使用桶。 另一方面，如果需要其他人使用该桶，则需要组织访问该桶或需要更多的桶。

最后一个建议：现在不要担心性能问题。他们说早期优化是万恶之源，您很快就会明白为什么。

首先，了解问题：编写可丢弃的代码。试验。 其次，测试它。确保它可以满足您的需求。 第三，优化它。使循环运行一万次并测量所需时间。然后将malloc移动到外面，并再次测量（如果在UNIX下，请使用shell命令time）。 第四，重新编写代码，因为您的第一个实验很可能是一堆补丁、尝试-重试-不起作用的代码。

反复实践。

附：同时享受乐趣。这应该是有趣的，而不是令人沮丧的。

- lorenzog

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桶的例子非常形象生动。感谢您提供人性化的描述性答案。 - Y. E.

Answer 6

通常，任何可以移出循环的内容都应该被移出。为什么要重复相同的操作，当你只需要执行一次呢？

Justin Ethier是正确的，分配一个足够容纳最大字符串的缓冲区，并重复使用它。

- yosser

Answer 7

更好地处理它。这里有一些伪代码：

#define BLOCK_SIZE 1024 // or about the bigger size of your strings.

char *buffer = (char *) malloc(BLOCK_SIZE) 

for(int i=0; i<20; i++)
{
   while (more bytes left to read)
   {
    read full string or BLOCK_SIZE bytes at max // most calls work this way
    proces bytes in buffer
   }
}

free(buffer);

- RdM

Answer 8

这取决于malloc和free的实现方式。

回答你的问题最好的方法是建立一个基准测试...

- jag