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

除了与堆分配相比具有数量级的性能优势外,堆栈分配对于长时间运行的服务器应用程序更可取。即使是管理得最好的堆最终也会碎片化,导致应用程序性能下降。

其他回答

通常,堆栈分配只是由堆栈指针寄存器中的减法组成。这比搜索堆快多了。

Sometimes stack allocation requires adding a page(s) of virtual memory. Adding a new page of zeroed memory doesn't require reading a page from disk, so usually this is still going to be tons faster than searching a heap (especially if part of the heap was paged out too). In a rare situation, and you could construct such an example, enough space just happens to be available in part of the heap which is already in RAM, but allocating a new page for the stack has to wait for some other page to get written out to disk. In that rare situation, the heap is faster.

自然,堆栈分配更快。使用堆分配,分配器必须在某处找到空闲内存。使用堆栈分配,编译器只需要给你的函数一个更大的堆栈框架就可以完成,这意味着分配完全不需要花费时间。(我假设您没有使用alloca或任何东西来动态分配堆栈空间,但即使这样,它也非常快。)

但是,您必须警惕隐藏的动态分配。例如:

void some_func()
{
    std::vector<int> my_vector(0x1000);
    // Do stuff with the vector...
}

您可能认为这会在堆栈上分配4 KiB,但您错了。它在堆栈上分配vector实例,但该vector实例又在堆上分配它的4 KiB,因为vector总是在堆上分配它的内部数组(至少除非您指定了一个自定义分配器,这里我不会深入讨论)。如果您希望使用类似stl的容器在堆栈上进行分配,则可能需要std::array或boost::static_vector(由外部boost库提供)。

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。

我想说的是,实际上GCC生成的代码(我还记得VS)不需要做堆栈分配的开销。

对以下函数表示:

  int f(int i)
  {
      if (i > 0)
      {   
          int array[1000];
      }   
  }

下面是生成的代码:

  __Z1fi:
  Leh_func_begin1:
      pushq   %rbp
  Ltmp0:
      movq    %rsp, %rbp
  Ltmp1:
      subq    $**3880**, %rsp <--- here we have the array allocated, even the if doesn't excited.
  Ltmp2:
      movl    %edi, -4(%rbp)
      movl    -8(%rbp), %eax
      addq    $3880, %rsp
      popq    %rbp
      ret 
  Leh_func_end1:

所以无论你有多少局部变量(甚至在if或switch内部),只有3880会改变为另一个值。除非你没有局部变量,否则这条指令只需要执行。所以分配局部变量没有开销。

您可以为特定大小的对象编写一个非常高性能的特殊堆分配器。但是,一般的堆分配器性能不是特别好。

我也同意Torbjörn Gyllebring关于对象的预期生命期的观点。好点!