c++ - 我应该使用手动分配来允许移动语义吗？

Question

我很想知道什么时候应该开始考虑使用移动语义而不是复制数据，具体取决于数据的大小和类的用途。例如，对于 Matrix4 类，我们有两个选择:

struct Matrix4{
    float* data;

    Matrix4(){ data = new float[16]; }
    Matrix4(Matrix4&& other){
        *this = std::move(other);
    }
    Matrix4& operator=(Matrix4&& other)
    {
       ... removed for brevity ...
    }
    ~Matrix4(){ delete [] data; }

    ... other operators and class methods ...
};

struct Matrix4{
    float data[16]; // let the compiler do the magic

    Matrix4(){}
    Matrix4(const Matrix4& other){
        std::copy(other.data, other.data+16, data);
    }
    Matrix4& operator=(const Matrix4& other)
    {
       std::copy(other.data, other.data+16, data);
    }

    ... other operators and class methods ...
};

我认为必须“手动”分配和解除分配内存会产生一些开销，并且考虑到在使用此类时真正命中移动构造的机会，内存大小如此小的类的首选实现是什么？真的总是首选移动而不是复制吗？

Answer 1

在第一种情况下，分配和释放是昂贵的——因为你是从堆中动态分配内存，即使你的矩阵是在堆栈上构建的——而且移动很便宜(只是复制一个指针)。

在第二种情况下，分配和释放成本低，但移动成本高 - 因为它们实际上是拷贝。

因此，如果您正在编写一个应用程序，并且您只关心那个应用程序的性能，那么“哪个更好？ "可能取决于您创建/销毁矩阵的数量与复制/移动矩阵的数量 - 在任何情况下，进行您自己的测量以支持任何猜想。

通过进行测量，您还将检查您的编译器是否在您希望进行移动的地方执行大量复制/移动省略 - 结果可能与您的预期相反。

此外，缓存局部性可能会在这里产生影响:如果您在堆上为矩阵数据分配存储空间，那么您要逐个元素地处理在堆栈上创建的三个矩阵可能需要相当分散的内存访问模式 - 可能导致更多缓存未命中。

另一方面，如果您使用在堆栈上分配内存的数组，则同一个缓存行很可能能够保存所有这些矩阵的数据 - 从而提高缓存命中率。更不用说为了访问堆上的元素，您首先需要读取 data 指针的值，这意味着访问与保存元素的内存区域不同的内存区域。

所以再一次，这个故事的寓意是:自己测量。

另一方面，如果您正在编写一个库，并且您无法预测客户端将执行多少构造/破坏与移动/复制，那么您可以提供两个 这样的矩阵类，并将常见行为分解为基类 - 可能是基类模板。

这将为客户端提供灵 active ，并为您提供足够高的重用度——无需将所有公共(public)成员函数的实现都编写两次。

这样，客户可以选择最适合他们正在使用它的应用程序的创建/移动配置文件的矩阵类。

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更新:

作为DeadMG在评论中指出，基于数组的方法优于动态分配方法的一个优点是后者通过原始指针、new 和 delete 进行手动资源管理，这会强制您编写用户定义的析构函数、复制构造函数、移动构造函数、复制赋值运算符和移动赋值运算符。

如果您使用 std::vector，您可以避免所有这些，它会为您执行内存管理任务，并使您免于定义所有那些特殊成员函数的负担。

这就是说，仅仅建议使用 std::vector 而不是进行手动内存管理这一事实——尽管它在设计和编程实践方面是一个很好的建议——并没有回答这个问题，虽然我相信原来的答案确实如此。