静态指针动态分配缓冲区内的函数

Question

我在C中有一个动态分配缓冲区的函数，它被传递给另一个函数来存储它的返回值。 像下面的虚拟示例：

void other_function(float in, float *out, int out_len) {
    /* Fills 'out' with 'out_len' values calculated from 'in' */
}

void function(float *data, int data_len, float *out) {
    float *buf;
    int buf_len = 2 * data_len, i;
    buf = malloc(sizeof(float) * buf_len);

    for (i = 0; i < data_len; i++, data++, out++) {
        other_function(*data, buf, buf_len);
        /* Do some other stuff with the contents of buf and write to *out */
    }
    free buf;
}

function由迭代器在多维数组上调用（确切地说，它是一个NumPy gufunc内核），因此对于data_len ，它被调用数百万次。 一遍又一遍地创建和销毁缓冲区似乎很浪费。 我通常会将缓冲区的分配移动到调用function ，并将poiinter传递给它，但我不直接控制它，所以不可能。 相反，我正在考虑做以下事情：

void function(float *data, int data_len, float *out) {
    static float *buf = NULL;
    static int buf_len = 0;
    int i;
    if (buf_len != 2 * data_len) {
        buf_len = 2 * data_len;
        buf = realloc(buf, sizeof(float) * buf_len); /* same as malloc if buf == NULL */
    }
    for (i = 0; i < data_len; i++, data++, out++) {
        other_function(*data, buf, buf_len);
        /* Do some other stuff with the contents of buf and write to *out */
    }
}

这意味着我永远不会直接释放我分配的内存：它会在后续调用中重用，然后在那里徘徊直到我的程序退出。 这似乎不是正确的事情，但也不是太糟糕，因为分配的内存量总是很小。 我过度担心吗？ 有更好的方法吗？

Answer 1

这种方法是合法的（但见下文），尽管像valgrind这样的工具会错误地将其标记为“泄漏”。 （这不是泄漏，因为泄漏是内存使用量的无限增加。）您可能希望准确地确定malloc和free与其他功能相比所耗费的时间。

如果你可以使用C99或gcc，并且你的缓冲区不是太大，你还应该考虑变长数组，它与静态缓冲区一样快（或快），并且不会产生碎片。 如果您使用的是另一个编译器，则可以查看非标准（但广泛 支持的 ）alloca扩展。

您需要注意使用静态缓冲区使您的功能：

1. 线程不安全 - 如果同时从多个线程调用它，它将破坏另一个实例的数据。 如果从numpy调用Python，这可能不是问题，因为GIL会有效地序列化线程。

2. 非重入 - 如果other_function调用一些最终调用function Python代码 - 无论出于何种原因 - 在function完成之前，你的函数将再次销毁自己的数据。

如果你不需要真正的并行执行和重入，那么static变量的使用就可以了，许多C代码都是这样使用它们的。

Answer 2

这是一种很好的方法，许多库可能会在内部使用这种方法。 程序退出时，内存将自动释放。

您可能希望将buf_len舍入到某个块大小的倍数，因此每次data_len稍微改变时都不会重新realloc() 。 但是如果data_len几乎总是相同的大小，那么这不是必需的。