C++*不*初始化其成员的向量？

C++ vector that *doesn't* initialize its members?

本文关键字：向量 成员 初始化 C++      更新时间：2023-10-16

我正在为一段返回大数组的 C 代码制作一个C++包装器，所以我尝试在vector<unsigned char>中返回数据。

现在的问题是，数据大约是兆字节，vector不必要地初始化其存储，这基本上将我的速度降低了一半。

我该如何防止这种情况？

或者，如果不可能 - 是否有其他STL容器可以避免这种不必要的工作？还是我最终必须制作自己的容器？

（C++11）

注意：

我正在传递矢量作为我的输出缓冲区。我不是从其他地方复制数据.
它像：

vector<unsigned char> buf(size);   // Why initialize??
GetMyDataFromC(&buf[0], buf.size());

对于使用用户提供的默认构造函数（未显式初始化任何内容）的结构的默认值和值初始化，不会对无符号的 char 成员执行初始化：

struct uninitialized_char {
    unsigned char m;
    uninitialized_char() {}
};
// just to be safe
static_assert(1 == sizeof(uninitialized_char), "");
std::vector<uninitialized_char> v(4 * (1<<20));
GetMyDataFromC(reinterpret_cast<unsigned char*>(&v[0]), v.size());

我认为在严格的别名规则下这甚至是合法的。

当我比较v与vector<unsigned char>的构建时间时，我得到了~8 μs与~12 ms。速度提高 1000 倍以上。编译器是带有libc ++和标志的clang 3.2：-std=c++11 -Os -fcatch-undefined-behavior -ftrapv -pedantic -Weverything -Wno-c++98-compat -Wno-c++98-compat-pedantic -Wno-missing-prototypes

C++11 有一个用于未初始化存储的帮助程序 std：：aligned_storage。虽然它需要编译时大小。

下面是一个添加的示例，用于比较总使用情况（以纳秒为单位的时间）：

版本=1 （ vector<unsigned char> ）：

clang++ -std=c++14 -stdlib=libc++ main.cpp -DVERSION=1 -ftrapv -Weverything -Wno-c++98-compat -Wno-sign-conversion -Wno-sign-compare -Os && ./a.out
initialization+first use: 16,425,554
array initialization: 12,228,039
first use: 4,197,515
second use: 4,404,043

版本=2 （ vector<uninitialized_char> ）：

clang++ -std=c++14 -stdlib=libc++ main.cpp -DVERSION=2 -ftrapv -Weverything -Wno-c++98-compat -Wno-sign-conversion -Wno-sign-compare -Os && ./a.out
initialization+first use: 7,523,216
array initialization: 12,782
first use: 7,510,434
second use: 4,155,241



#include <iostream>
#include <chrono>
#include <vector>
struct uninitialized_char {
  unsigned char c;
  uninitialized_char() {}
};
void foo(unsigned char *c, int size) {
  for (int i = 0; i < size; ++i) {
    c[i] = '';
  }
}
int main() {
  auto start = std::chrono::steady_clock::now();
#if VERSION==1
  using element_type = unsigned char;
#elif VERSION==2
  using element_type = uninitialized_char;
#endif
  std::vector<element_type> v(4 * (1<<20));
  auto end = std::chrono::steady_clock::now();
  foo(reinterpret_cast<unsigned char*>(v.data()), v.size());
  auto end2 = std::chrono::steady_clock::now();
  foo(reinterpret_cast<unsigned char*>(v.data()), v.size());
  auto end3 = std::chrono::steady_clock::now();
  std::cout.imbue(std::locale(""));
  std::cout << "initialization+first use: " << std::chrono::nanoseconds(end2-start).count() << 'n';
  std::cout << "array initialization: " << std::chrono::nanoseconds(end-start).count() << 'n';
  std::cout << "first use: " << std::chrono::nanoseconds(end2-end).count() << 'n';
  std::cout << "second use: " << std::chrono::nanoseconds(end3-end2).count() << 'n';
}

我正在使用 clang svn-3.6.0 r218006

抱歉，没有办法避免它。

C++11 添加一个构造函数，该构造函数仅采用大小，但即使这样也会对数据进行值初始化。

最好的办法是在堆上分配一个数组，将其粘贴在unique_ptr（如果可用）中，然后从那里使用它。

如果你愿意，正如你所说，"入侵STL"，你总是可以拿一份EASTL来工作。它是某些 STL 容器的变体，允许更受限制的内存条件。您尝试执行的操作的正确实现是为其构造函数提供一个特殊值，该值表示"默认初始化成员"，对于 POD 类型，这意味着不执行任何操作来初始化内存。当然，这需要使用一些模板元编程来检测它是否是 POD 类型。

最佳解决方案是简单地更改分配器，不对零参数construct执行任何操作。这意味着基础类型是相同的，可以躲避任何类型的讨厌的reinterpret_casting和潜在的别名冲突，并且可以非侵入性地取消初始化任何类型的类型。

template<typename T> struct no_initialize : std::allocator<T> {
    void construct(T* p) {}
    template<typename... Args> void construct(T* p, Args&&... args) {
        new (p) T(std::forward<Args>(args)...);
    }
};

1 似乎在您的情况下，使用 std::vector 既不必要也不明智。您只需要某个对象为您管理一些原始内存。这可以通过

std::unique_ptr<void, void(*)(void*)> p(std::malloc(n), std::free);

2 如果你真的想使用std::vector<>你可以使用这里描述的技巧。

使用 vector.reserve（） 只分配存储而不初始化它怎么样？

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