c++ - 与全局数组相比，为什么在堆中为局部数组分配内存更快？

Question

下面是我决定运行的一个简单实验。 test1() 是一个函数，它为全局数组 g 分配内存，然后有一个 for 循环更新这个数组的所有元素。最后，它释放为 g 分配的内存。 test2 中发生了完全相同的事情，但现在我们使用一个名为 l 的本地数组。

#include <iostream>
#define n 1000000000
using namespace std;

int *g;

void test1(){
    g = new int[n];
    int i;
    for(i=0;i<n;i++) g[i] = i;
    delete[] g;
}

void test2(){

    int *l = new int[n];
    int i;
    for(i=0;i<n;i++) l[i] = i;
    delete[] l;
}
int main()
{

    timespec cpu_time_s;
    timespec cpu_time_e;

    clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &cpu_time_s);
    test1();
    clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &cpu_time_e);
    long long int ns = (cpu_time_e.tv_sec * 1000000000 
    + cpu_time_e.tv_nsec - (cpu_time_s.tv_sec * 1000000000 
    +  cpu_time_s.tv_nsec));
    cout<<ns<<" ns"<<endl;

    clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &cpu_time_s);
    test2();
    clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &cpu_time_e);
    ns = (cpu_time_e.tv_sec * 1000000000 
    + cpu_time_e.tv_nsec - (cpu_time_s.tv_sec * 1000000000 
    +  cpu_time_s.tv_nsec));
    cout<<ns<<" ns"<<endl;

    return 0;
}

我运行了一些测试，test1() 达到了 2709066246 ns，test2 达到了 2459390299 ns

Answer 1

由于第一个测试运行速度较慢，无论是哪个，那么操作系统可能需要更长的时间来分配 4GB，然后在第一次通过时将其映射到可写内存。在极端情况下，它可能需要将其他内容保存到交换文件中以使 RAM 第一次可用，但第二次则不然。在轻负载下，您希望这不是必需的，但操作系统可能仍然需要做一些事情，例如删除磁盘缓存并重新使用它之前占用的内存。这是快速但不是即时的。

在第二遍中，您刚刚释放了 4GB 的内存，所有这些内存都是最近映射的，因此要做的工作可能会少一些。释放的 4GB 甚至可能仍与您的进程相关联，因此操作系统根本无事可做，尽管您不希望有这么大的 block 。

您可以通过运行 test2 两次来检查，并查看第一次是否始终较慢。如果它通常是这样的，那么它与分配和写入数组有关，而不是与您如何做的细节有关。

如果全局无论顺序如何都变慢，那么我能想到的最明显的可能原因是编译器可能不会将 g 保存在寄存器中，而是可能会重复将其加载出全局区域。您可以通过查看它发出的代码来检查这一点。