將大對象放在堆上的最佳方法是什么？

Question

我正在開發一個項目，需要從數據文件中加載許多對象並將它們存儲在內存中。 因為我被告知堆棧空間很少，並且堆上的數據量應該更多，所以我將所有內容放在堆上。 但是，我的印象是我過度了一點。

我目前的設計如下：

class RoadMap
{
    unique_ptr<set<unique_ptr<Node>>> allNodes;

    void addNode(unique_ptr<Node> node)
    {
        this->allNodes->insert(std::move(node));
    }
}

int main()
{
    unique_ptr<RoadMap> map(new RoadMap());

    // open file etc.

    for (auto nodeData : nodesInFile)
    {
        map->addNode(unique_ptr<Node>(new Node(nodeData)));
    }
}

從我現在所理解的，這會產生很多開銷，因為我認為我不需要涉及許多獨特的指針。 如果我理解正確，那么在“指針鏈”中只有一個唯一的指針屏障就足夠了。 但是，我不確定這樣做的最佳做法是什么。

選項1

class RoadMap
{
    unique_ptr<set<Node>> allNodes;

    void addNode (Node node)
    {
        this->allNodes->insert(node);
    }
}

int main()
{
    RoadMap map;
    //open file etc.
    for (auto nodeData : nodesInFile)
    {
        map.addNode(Node(nodeData));
    }
}

這樣做的好處在於， RoadMap類本身是唯一需要處理堆分配的類，並且在創建set時只執行一次。

選項2

class RoadMap
{
    set<Node> allNodes;

    void addNode (Node node)
    {
        this->allNodes.insert(node);
    }
}

int main()
{
    unique_ptr<RoadMap> map(new RoadMap());
    // open file etc.
    for (auto nodeData : nodesInFile)
    {
        map->addNode(Node(nodeData));
    }
}

這里唯一的指針只在main函數中，這意味着RoadMap類的用戶需要知道這個對象可以變得非常大並且應該放在堆棧中。 我不認為這是一個非常好的解決方案。

選項3

class RoadMap
{
    set<unique_ptr<Node>> allNodes;

    void addNode(unique_ptr<Node> node)
    {
        this->allNodes.insert(std::move(node));
    {
}

int main()
{
    RoadMap map;
    // open file etc.
    for (auto nodeData : nodesInFile)
    {
        map.addNode(unique_ptr<Node>(new Node(nodeData)));
    }
}

此解決方案使用許多唯一指針，這意味着在刪除RoadMap時，需要RoadMap許多析構函數和delete s。 此外， RoadMap調用者在添加節點時必須提供unique_ptr ，這意味着他必須自己進行堆分配。

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現在，我贊成選項1而不是其他選項。 但是，我只是在相對較短的時間內編寫了C ++，並且不確定我是否完全理解了內存管理背后的概念，這就是為什么我希望你（在）驗證我的觀點。 假設選項1是最好的方法，我是否正確？ 對於這類事情，您是否還有其他最佳實踐參考？

Answer 1

給Node一個移動構造函數並移動賦值運算符（使集合上的操作便宜），然后使用選項1和2的混合std::set將已經堆分配其內容，因此您不必擔心分配堆上的RoadMap 。 注意addNode的額外std::move以允許將Node移動到集合中。

class RoadMap
{
    set<Node> allNodes;

    void addNode (Node node)
    {
        allNodes.emplace(std::move(node));
    }
};

int main()
{
    RoadMap map;
    // open file etc.
    for (const auto& nodeData : nodesInFile)
    {
        map.addNode(Node(nodeData));
    }
}

Answer 2

他們每個人都彼此截然不同。

為簡單起見，我建議選項2。 但是在某些操作（如sort等）中可能會更加性能密集，因為您將移動整個Node而不是指向它的指針。

我認為這不是問題，因為你正在使用set 。 您仍然可以通過在Node對象上使用移動語義來優化它。 除此之外，每個添加仍然使用1個副本。

我提到的上述問題可能是vector問題。 直接存儲對象的另一個問題是缺少多態性。 你不能存儲Node子類型，它們會被切片。

如果這是一個問題我會建議選項2.存儲指針意味着移動它們更快，並且多態性工作。

我認為沒有選擇1或原始解決方案的理由。

ps你的代碼中的this->是不必要的。

pps正如DyP指出set無論如何使用堆，這使得Option 2變得更好。 線索 - 基於堆棧的結構無法增長。 =>我認為只有std::array存儲在堆棧中。

Answer 3

讓我談談元問題：你不希望堆棧溢出，從而將你的數據結構放在堆上。 這是正確的做法。 但是要理解的重要一點是事情將被放到堆上。

每個局部變量都在堆棧上分配。 如果您有動態大小的數據結構，那么它們會引用（最重要的）所有情況下的堆。 （我知道的唯一例外是當你使用alloca()或std::get_temporary_buffer()或類似的東西保留堆棧上的內存時。 特別是所有STL容器都將它們的內存保留在堆上，並且幾乎不使用任何用於局部變量或成員變量的堆棧內存（除了std::array其大小在編譯時是已知的）。

因此，如果要保存堆棧內存，將動態大小的數據結構包裝到unique_ptrs中的效果非常小，但它會為程序增加間接性，從而使代碼復雜化，減慢執行速度並不必要地增加堆內存使用量。

下面是一個示例：在具有32位編譯的Visual Studio 2010上， std::set將在堆棧上使用20個字節的內存，與模板類型參數和集合中包含的實際數字元素無關。 set元素的內存在堆上。

我相信，您現在可以自行決定是否將unique_ptrs用於您的意圖。

Answer 4

基本上，它還取決於您希望如何訪問RoadMap實例中存儲的Node實例。 我假設您的Node實例將釋放包裝的筆記數據。

我會去調整版本2。