C++ 性能剖析 （三）：Heap Object对比 Stack (auto) Object

通常认为，性能的改进是90 ~ 10 规则， 即10%的代码要对90%的性能问题负责。做过大型软件工程的程序员一般都知道这个概念。

然而对于软件工程师来说，有些性能问题是不可原谅的，无论它们属于10%或是90%，都是“必须”改进的。这里就讲讲其中的一个问题：用heap还是用stack的问题。

Java， C#，和JavaScript的程序员一般都不用管自己创建的object是在heap里还是在stack里，因为对于这些语言，object 只能“生活在”heap里。这无疑对于程序员来说简单了许多。但是对于C++程序员来说，你可以选择三处来创建object:

• 程序的data section
• 工作堆栈
• Heap

Object 因该生活在哪里？这个问题必须由应用的属性来决定，有时是没有选择的，比如对于动态产生的全程变量，只有活在heap里，别无它途。

然而，一旦我们有选择，比如临时的，作为复杂数据的载体的object,答案是清楚的：应该首选stack. 比如下面简单的例子：

          // heap vs stack test

double HeapVsStack(bool heap, int loop, int &result)

{

if (heap)

{

clock_t begin = clock();

for(int i = 0; i < loop; ++i)

{

                                        intPair *p = new intPair(1,2);

                                        result += p->ip1 + p->ip2;

                                        delete p;

}

clock_t end = clock();

return double(end - begin) / CLOCKS_PER_SEC;

}

else

{

clock_t begin = clock();

for(int i = 0; i < loop; ++i)

{

                                        intPair p = intPair(1,2);

                                        result += p.ip1 + p.ip2;

}

clock_t end = clock();

return double(end - begin) / CLOCKS_PER_SEC;

}

}

程序中黑体放大的部分是要测量的“应用逻辑”，上方在heap中创建了一个intPair，用完后delete掉。下方在stack里定义一个同样的auto变量，用完后无须care.

对这个程序作下列简单测试调用：

int result = 0;

printf("Heap time: %f \n", HeapVsStack(true, 100000, result));

printf("Stack time: %f \n", HeapVsStack(false, 100000, result));

我不得不调用100000次，原因是它们的耗时差别实在太大了：stack 的用例不到10000次以上都显示0ms.

测试结果，heap用了300ms, stack用了5ms， 相差60倍。

结论：

1） 如果应用逻辑容许，用 stack-based auto 变量，千万不用 heap 变量.

2） 如果需要大量用heap,建议用std::vector来当作自己的 heap 简单管理器用。避免直接地，大量地用heap来创建 ad-hoc  object.

3） 有些临时计算用的class可以考虑禁止在heap中生成，见http://stackoverflow.com/questions/1941517/explicitly-disallow-heap-allocation-in-c 文章。

2014-8-23 西雅图