这个问题可能听起来相当简单,但这是我与另一位开发人员的争论。

我小心地在我可以的地方进行堆栈分配,而不是堆分配。他和我说话,看着我的肩膀,并评论说,这是没有必要的,因为他们的表现是一样的。

在我的印象中,增加堆栈是一个常数时间,而堆分配的性能取决于当前堆的复杂性,包括分配(找到合适大小的孔)和反分配(缩小孔以减少碎片,如果我没有弄错的话,许多标准库实现在删除过程中需要时间来做这件事)。

在我看来,这可能非常依赖于编译器。在这个项目中,我特别使用了一个用于PPC架构的Metrowerks编译器。对这种组合的深入了解将是最有帮助的,但一般来说,对于GCC和msvc++,情况如何?堆分配不如堆栈分配高效吗?没有区别吗?还是差异如此之小以至于变成了毫无意义的微观优化。


当前回答

前面提到过,堆栈分配只是移动堆栈指针,即大多数架构上的一条指令。将其与堆分配中通常发生的情况进行比较。

操作系统以链表的形式维护部分空闲内存,有效负载数据由指向空闲部分起始地址的指针和空闲部分的大小组成。为了分配X字节的内存,将遍历链表,并按顺序访问每个音符,检查其大小是否至少为X。当找到大小为P >= X的部分时,将P分成大小为X和P-X的两个部分。更新链表并返回指向第一部分的指针。

如您所见,堆分配取决于许多因素,如您请求的内存大小、内存的碎片程度等等。

其他回答

关于Xbox 360 Xenon处理器上的堆栈与堆分配,我了解到一件有趣的事情,这可能也适用于其他多核系统,即在堆上分配会导致进入临界区以停止所有其他核,这样分配就不会发生冲突。因此,在一个紧密循环中,堆栈分配是固定大小数组的方法,因为它可以防止停顿。

如果您正在为多核/多进程编码,这可能是另一个需要考虑的加速,因为您的堆栈分配将只由运行您的作用域函数的核心可见,而不会影响任何其他内核/ cpu。

堆栈分配是一对指令,而我所知道的最快的rtos堆分配器(TLSF)平均使用150条指令。此外,堆栈分配不需要锁,因为它们使用线程本地存储,这是另一个巨大的性能优势。因此,堆栈分配可以快2-3个数量级,这取决于您的多线程环境有多严重。

通常,如果关心性能,堆分配是最后的选择。一个可行的中间选项可以是一个固定池分配器,它也只有几个指令,每次分配开销很小,所以它非常适合固定大小的小对象。缺点是它只适用于固定大小的对象,本质上不是线程安全的,并且有块碎片问题。

这不仅仅是堆栈分配更快。您还可以在使用堆栈变量方面获得很多好处。它们有更好的参考位置。最后,折价也便宜得多。

正如其他人所说,堆栈分配通常要快得多。

但是,如果复制对象的代价很高,那么如果不小心,在堆栈上分配可能会导致以后使用对象时的巨大性能损失。

例如,如果你在堆栈上分配了一些东西,然后将其放入容器中,那么在堆上分配并将指针存储在容器中会更好(例如使用std::shared_ptr<>)。同样的情况也适用于按值传递或返回对象,以及其他类似的情况。

重点是,尽管在许多情况下堆栈分配通常比堆分配更好,但有时如果你在不最适合计算模型的情况下费尽脑汁进行堆栈分配,它可能会导致比它解决的问题更多的问题。

尽管堆分配器可以简单地使用基于堆栈的分配技术,但堆栈分配几乎总是与堆分配一样快或更快。

However, there are larger issues when dealing with the overall performance of stack vs. heap based allocation (or in slightly better terms, local vs. external allocation). Usually, heap (external) allocation is slow because it is dealing with many different kinds of allocations and allocation patterns. Reducing the scope of the allocator you are using (making it local to the algorithm/code) will tend to increase performance without any major changes. Adding better structure to your allocation patterns, for example, forcing a LIFO ordering on allocation and deallocation pairs can also improve your allocator's performance by using the allocator in a simpler and more structured way. Or, you can use or write an allocator tuned for your particular allocation pattern; most programs allocate a few discrete sizes frequently, so a heap that is based on a lookaside buffer of a few fixed (preferably known) sizes will perform extremely well. Windows uses its low-fragmentation-heap for this very reason.

另一方面,如果线程太多,在32位内存范围上基于堆栈的分配也充满了危险。堆栈需要一个连续的内存范围,因此线程越多,就需要更多的虚拟地址空间来让它们在没有堆栈溢出的情况下运行。对于64位的程序来说,这(目前)不是问题,但是对于具有大量线程的长时间运行的程序来说,它肯定会造成严重破坏。由于碎片化而导致虚拟地址空间耗尽总是一件令人痛苦的事情。