高性能的“适当”C++替代可变长度数组

Question

我正在编写一个需要在运行时创建数组的函数。该数组将非常小，因此我不担心不安全代码，但是我想编写“适当”的代码。因此，我考虑了三种替代方案：

1. char array[len];
2. char *array = new char[len];
3. std::vector<char> array(len);

使用Compiler Explorer以 -O3 选项进行比较，得到如下结果：

1. 12 条指令，0 次调用 new
2. 21 条指令，1 次调用 new
3. 118 条指令，2 次或更多次调用 new

我是否错过了针对 std::vector<> 的优化，还是“适当”的c++方式速度较慢，或者我完全忽略了一种编码方式？

编辑：我忘记删除堆分配的数组

测试代码：

code 1:

#include <string.h>

void populate_array(char* arr);
int compute_result(char* arr);

int str_to_arr(const char* str)
{
    auto len = strlen(str);
    char array[len];
    populate_array(array);
    return compute_result(array);
}

代码 2：

#include <string.h>

void populate_array(char* arr);
int compute_result(char* arr);

int str_to_arr(const char* str)
{
    auto len = strlen(str);
    char* array = new char[len];
    populate_array(array);
    auto result = compute_result(array);
    delete[] array;
    return result;
}

代码 3：

#include <string.h>
#include <vector>

void populate_array(std::vector<char> arr);
int compute_result(std::vector<char> arr);

int str_to_arr(const char* str)
{
    auto len = strlen(str);
    std::vector<char> array(len);
    populate_array(array);
    return compute_result(array);
}

- Ebony Ayers

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向量代码还会释放内存，而其他代码则不会。 - Richard Critten

还有unique_ptr。 - HolyBlackCat

以下是几个选项：https://godbolt.org/z/Gv1oGM。您代码中的一些错误：向量one会复制整个向量，因为您传递的是值，这与其他选项不可比较（要么按引用传递，要么传递“data()”指针）。您应该使用`new char[len]来分配len个字节的字符。在代码2中，由于您没有delete[] array`，所以存在内存泄漏。 - Artyer

boost::container::small_vector是什么？基本上，选择一个len的上限，然后你可以使用一个该大小的数组（不是VLA）。 - Marc Glisse

@fabian，这段代码在我的电脑上可以编译通过，无论是在编译器浏览器还是本地都可以。我在 Arch Linux 上使用 CMake 进行编译，我相信它使用的是g++ -std=c++20 ...以及几乎所有警告，这对我来说很有效。 - Ebony Ayers

Answer 1

代码中存在一些问题，可能会让你在比较时走错方向。

1. new char(len) 分配了一个单独的char，并用值 len 进行初始化。为了分配 len 个char，您需要使用 new char[len]。同样，还需要匹配使用 delete []。
2. std::vector<char> 对象通过值传递给了 populate_array，这将导致复制（因此实际上并没有填充您想要的数组），compute_result 同理。这些副本将导致新的分配。在这里使用按引用传递是合适的。
3. 如果不使用自定义分配器，std::vector 将值初始化其所有元素，这意味着该向量中的每个元素都设置为零。new char[len] 则不执行此操作。

可变长度数组（VLA）不是C++的一部分，但可能作为扩展提供。虽然在此示例中，对于较小的 len，编译器有选项在堆栈上分配数组空间，但由于其非标准性，最好避免使用；即使在C中也不要求支持。

- halfflat

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在这个评论的基础上，考虑使用std::vector<char> array; array.reserve(len);，然后稍后使用array.push_back(something)。 - Abdul Rahman Dabbour