Ottimizzare C++/Scrivere codice C++ efficiente/Allocazioni e deallocazioni

L'allocazione e la deallocazione dinamiche di memoria sono operazioni molto lente, a confronto dell'allocazione e della deallocazione automatiche di memoria. In altre parole, lo heap è molto più lento dello stack.

Inoltre, tale tipo di allocazione comporta uno spreco di spazio per ogni allocazione, genera frammentazione della memoria virtuale, e produce una scarsa località dei dati, con conseguente scadente utilizzo sia delle cache dei dati del processore che dello spazio di memoria virtuale.

L'allocazione/deallocazione dinamica di memoria veniva fatta in linguaggio C usando le funzioni malloc e free della libreria standard. In C++, pur essendo ancora disponibili tali funzioni, normalmente a tale scopo si usano gli operatori new, new[], delete, e delete[].

Ovviamente, un modo di ridurre le allocazioni è ridurre il numero di oggetti costruiti, e quindi la sezione "Costruzioni e distruzioni" di questo capitolo serve indirettamente anche allo scopo di questa sezione.

Tuttavia, qui si presenteranno linee-guida per ridurre il numero di allocazioni di memoria per un dato numero di chiamate all'operatore new.

Array di lunghezza fissa

Se un array statico o non grande ha lunghezza costante, invece di usare un oggetto vector, usa un array del C, o un oggetto array della libreria Boost.

I vector memorizzano i dati in un buffer allocato dinamicamente, mentre le altre soluzioni proposte allocano i dati nell'oggetto stesso. Questo consente di evitare allocazioni/deallocazioni di memoria dinamica e di favorire la località dei dati.

Se l'array è grande, tali vantaggi diminuiscono, e invece risulta più importante evitare di usare troppo spazio sullo stack.

Allocatore a blocchi

Se devi allocare numerosi blocchi di memoria della stessa dimensione, assicurati di usare un allocatore a blocchi.

Un allocatore a blocchi (detto anche allocatore a pool) alloca blocchi di memoria medi o grandi, e fornisce servizi di allocazione/deallocazione di blocchi più piccoli di dimensione costante. Offre alta velocità di allocazione/deallocazione, bassa frammentazione della memoria, uso efficiente delle cache dei dati e della memoria virtuale.

In particolare, un allocatore di questo tipo migliora notevolmente le prestazioni dei contenitori std::list, std::set, std::multi_set, std::map, e std::multi_map.

Se la tua implementazione della libreria standard non usa già un allocatore a blocchi per questi contenitori, dovresti procurartene uno (per esempio, questo: http://www.codeproject.com/KB/stl/blockallocator.aspx), e specificarlo come parametro di template per le istanze di tali template di contenitori.

Aggiunta di elementi a collezione

Quando aggiungi elementi in fondo a una collezione, usa push_back per aggiungere un singolo elemento, usa insert per aggiungere una sequenza, e usa back_inserter per fare in modo che un algoritmo STL aggiunga elementi a una sequenza.

La funzione push_back garantisce un tempo lineare ammortizzato, in quanto, nel caso dei vector, ingrandisce esponenzialmente la capacità.

La classe back_inserter chiama internamente la funzione push_back.

La funzione insert permette di inserire in modo ottimizzato un'intera sequenza, e quindi una sola chiamata di questo tipo è più veloce di numerose chiamate a push_back.