c++ - 强制清理临时变量

Question

(如果这个问题重复，请原谅，我是初学者，不知道要搜索什么术语才能找到答案!)

我正在尝试为 C++ 编写一个线性代数库，其中包含一些非常基本的内存管理——本质上是使用 shared_ptrs；一旦 ptr 计数达到 0，它将内存返回给管理器。我正在处理的数组非常大，而且内存非常宝贵，所以我试图强制代码尽快触发冗余内存变量的清理。

考虑:

a、b、c、d、e 不是临时变量，每个大约 5GB。

z = a+b+c+d+e

或者替代地

z = add(a,add(b,add(c,add(d,e)))) - 这就是我到目前为止实际编码的方式，没有运算符重载。

我发现临时变量(每个操作一个)只有在相等操作完成后才会超出范围，因此 shared_ptr 仍然认为内存正在使用中。因此，暂存空间的清理会同时发生，理论上，一旦存储了“c+d+e”，保存“d+e”的单个内存块就可以被丢弃，依此类推。

显然，这会导致内存使用量的巨大膨胀，因为它占用了 20GB，而不是 5GB 的暂存空间。

到目前为止，为了解决这个问题，我必须执行以下操作

z = d+e

z = c+z

z = b+z

z = a+z

这允许以前的临时变量在每一行都超出范围，但它会在我的代码的几个部分中导致一些非常讨厌的膨胀。

有没有办法强制代码在行尾之前将临时内存返回给管理器？我在想我可以对共享指针做些什么，或者通过引用而不是值传递，但我不能完全确定。

澄清一下，我在寻找什么:

为(d+e)分配内存，执行计算

为(c+d+e)分配内存，执行计算，释放(d+e)

为(b+c+d+e)分配内存，执行计算，释放(c+d+e)

为(a+b+c+d+e)分配内存，执行计算，释放(b+c+d+e)

将 (a+b+c+d+e) 指针赋值给 z

#include <iostream>

class Foo {
public:
    int fooid;
    Foo(int fi) {
        fooid = fi;
        std::cout << "Creating array " << fooid << std::endl;
    }
    ~Foo() {
        std::cout << "Cleanup array " << fooid << std::endl;
    }
};

Foo mult(const Foo &a, const Foo &b)
{
    //std::cout << "Constructing new foo" << std::endl;
    Foo out(a.fooid*b.fooid);
    return out;
}


int main()
{
    Foo twos(2); //placeholders for huge non-temporary arrays
    Foo threes(3);
    Foo fives(5);
    Foo sevens(7);
    Foo elevens(11);
    std::cout <<"Method 1" << std::endl;
    Foo vx = mult(mult(mult(mult(twos,threes), fives),sevens),elevens);
    //std::cout << vx.fooid << std::endl;
    //system("pause");

    std::cout << std::endl <<"Method 2" << std::endl;
    //Alternative, over 3 lines, forces destructors earlier than above, more scratch space for the later operations
    //Note array 30 is deleted before array 210 is constructed, unlike Method 1
    Foo vx1 = mult(twos, threes);
    vx1 = mult(vx1, fives);
    vx1 = mult(vx1, sevens);
    vx1 = mult(vx1, elevens);

    std::cout << std::endl <<"End" << std::endl;
    return 0;
}

输出如下:

Creating array 2
Creating array 3
Creating array 5
Creating array 7
Creating array 11
Method 1
Creating array 6
Creating array 30
Creating array 210
Creating array 2310
Cleanup array 210
Cleanup array 30
Cleanup array 6

Method 2
Creating array 6
Creating array 30
Cleanup array 30
Creating array 210
Cleanup array 210
Creating array 2310
Cleanup array 2310

End
Cleanup array 2310
Cleanup array 2310
Cleanup array 11
Cleanup array 7
Cleanup array 5
Cleanup array 3
Cleanup array 2

上述方法之间的主要区别在于，方法 2 能够在执行下一步计算之前释放旧的临时变量，而第一种方法在计算完全完成之前保留其所有内存。我希望找到一种方法，既能获得方法 2 的结果，又能沿用方法 1 的思路编写更多代码。

抱歉频繁的编辑。想要做对。

Answer 1

从 C++11 开始(至少部分由之前的优秀编译器实现)，简单的答案是通过值 接受您的参数。这似乎违反直觉，因为这听起来像是更多拷贝，但实际上现有数据的所有权通过移动构造函数(和/或编译器魔法)转移到函数中。

然后您更新您收到的“拷贝”就地并返回它，在那里它很可能将其资源转移到另一个函数调用以被重用/更新再次。在完整表达式的末尾，将运行多个析构函数(C++17 可能 在每个函数返回时运行它们，因为“强制 copy elision”)，但大多数将用于移出对象其资源已被重用和/或释放。

当然，每个参数大小相等的函数最多需要一个来存储其结果；由于大多数运算符都是左结合的，因此按值参数的明显选择是第一个。您可以定义减法的变体，例如，使用按值传递的第二个操作数来捕获类似 z=a-(b*c) 的情况。