如何使我的字符缓冲区性能更高？

Question

我必须读取大量数据：

vector<char> 

第三方库多次读取这些数据。每次它都会调用我的回调函数，其签名如下：

CallbackFun ( int CBMsgFileItemID,
              unsigned long CBtag,
              void* CBuserInfo,
              int CBdataSize,
              void* CBdataBuffer,
              int CBisFirst,
              int CBisLast )
{

   ...

}

目前，我已经使用 STL 容器实现了一个缓冲区容器，其中我的方法 insert() 和 getBuff 被提供给插入一个新的缓冲区并获取存储的缓冲区。但我仍然想要性能更好的代码，以便我可以最大限度地减少分配和解除分配：

template<typename T1>
class buffContainer
{
private:
        class atomBuff
        {
        private:
            atomBuff(const atomBuff& arObj);
            atomBuff operator=(const atomBuff& arObj);
            public:
            int len;
            char *buffPtr;
            atomBuff():len(0),buffPtr(NULL)
            {}
            ~atomBuff()
            {
                if(buffPtr!=NULL)
                    delete []buffPtr;
            }
        };
public :
    buffContainer():_totalLen(0){}
void insert(const char const *aptr,const  unsigned long  &alen);
unsigned long getBuff(T1 &arOutObj);

private:
    std::vector<atomBuff*> moleculeBuff;
    int _totalLen;
};
template<typename T1>
void buffContainer< T1>::insert(const char const *aPtr,const  unsigned long  &aLen)
{
    if(aPtr==NULL,aLen<=0)
        return;
    atomBuff *obj=new atomBuff();
    obj->len=aLen;
    obj->buffPtr=new char[aLen];
    memcpy(obj->buffPtr,aPtr,aLen);
    _totalLen+=aLen;
    moleculeBuff.push_back(obj);

}
template<typename T1>
unsigned long buffContainer<T1>::getBuff(T1 &arOutObj)
{
    std::cout<<"Total Lenght of Data is: "<<_totalLen<<std::endl;
    if(_totalLen==0)
        return _totalLen;
    // Note : Logic pending for case size(T1) > T2::Value_Type
    int noOfObjRqd=_totalLen/sizeof(T1::value_type);
    arOutObj.resize(noOfObjRqd);
    char *ptr=(char*)(&arOutObj[0]);
    for(std::vector<atomBuff*>::const_iterator itr=moleculeBuff.begin();itr!=moleculeBuff.end();itr++)
    {
        memcpy(ptr,(*itr)->buffPtr,(*itr)->len);
        ptr+= (*itr)->len;
    }
    std::cout<<arOutObj.size()<<std::endl;

    return _totalLen;
}

如何使其性能更高？

Answer 1

如果我对你的回调函数的疯狂猜测是有道理的，那么你只需要一个向量：

std::vector<char> foo;
foo.reserve(MAGIC); // this is the important part. Reserve the right amount here.
                    // and you don't have any reallocs.
setup_callback_fun(CallbackFun, &foo);

CallbackFun ( int CBMsgFileItemID,
              unsigned long CBtag,
              void* CBuserInfo,
              int CBdataSize,
              void* CBdataBuffer,
              int CBisFirst,
              int CBisLast )
{
     std::vector<char>* pFoo = static_cast<std::vector<char>*>(CBuserInfo);

     char* data = static_cast<char*>CBdataBuffer;
     pFoo->insert(pFoo->end(), data, data+CBdataSize);
}

Answer 2

根据您计划如何使用结果，您可以尝试将传入数据放入 绳索 数据结构而不是向量，特别是当您期望输入的字符串非常大时。追加到绳索上的速度非常快，但随后的逐个字符遍历速度会慢一个常数因子。这种权衡可能适合你，也可能不适合你，我不知道你需要对结果做什么。

编辑：从你的评论中我看到这是没有选择的。我认为，在一般情况下，当传入的数据大小完全是任意的时，您无法提高效率。否则，您可以尝试最初在向量中保留足够的空间，以便在平均情况下无需或最多一次重新分配即可容纳数据。

我注意到你的代码的一件事：

if(aPtr==NULL,aLen<=0)

我认为你的意思是

if(aPtr==NULL || aLen<=0)

Answer 3

您可以做的主要事情是避免进行大量数据复制。现在，当调用 insert() 时，您正在将数据复制到缓冲区中。然后，当调用 getbuff() 时，您将数据复制到他们（希望）指定的缓冲区中。因此，为了从外部获取数据，您需要将每个字节复制两次。

这部分：

arOutObj.resize(noOfObjRqd);
char *ptr=(char*)(&arOutObj[0]);

似乎假设 arOutObj 实际上是一个向量。如果是这样，将 getbuff 重写为采用（引用）向量的普通函数而不是仅适用于一种类型的参数的模板会好得多。

从那时起，完全消除数据的一个副本就变得相当简单。在 insert() 中，不是手动分配内存并跟踪大小，而是将数据直接放入向量中。然后，当调用 getbuff() 时，无需将数据复制到缓冲区中，只需提供对现有向量的引用即可。

class buffContainer {
    std::vector<char> moleculeBuff;
public:
    void insert(char const *p, unsigned long len) { 
Edit: Here you really want to add:
        moleculeBuff.reserve(moleculeBuff.size()+len);
End of edit.
        std::copy(p, p+len, std::back_inserter(moleculeBuff));
    }

    void getbuff(vector<char> &output) { 
        output = moleculeBuff;
    }
};

请注意，我已将 getbuff 的结果更改为 void - 因为您给它们一个向量，所以它的大小是已知的，并且返回大小没有意义。实际上，您可能想要稍微更改签名，以仅返回缓冲区：

vector<char> getbuff() { 
    vector<char> temp;
    temp.swap(moleculeBuff);
    return temp;
}

由于它按值返回（可能很大）向量，因此这在很大程度上取决于您的编译器实现命名返回值优化（NRVO），但是 1 ）最坏的情况是它会做你之前所做的事情，并且 2）几乎所有当前合理的编译器都实现了 NRVO。

这还解决了原始代码没有（似乎）的另一个细节。事实上，getbuff返回一些数据，但是如果你再次调用它，它（显然不跟踪已经返回的数据，所以它会再次返回所有数据。它不断分配数据，但从不删除任何数据）这就是交换的目的：它创建一个空向量，然后将其与 buffContainer 维护的向量进行交换，因此 buffContainer 现在有一个空向量，而填充的向量将移交给名为 getbuff() 的函数。

另一种方法是进一步进行交换：基本上，您有两个缓冲区：

1. 一个由 buffContainer 拥有，
2. 一个由调用 getbuffer() 的任何对象拥有。

在正常情况下，我们可能期望缓冲区大小将快速达到某个最大尺寸。从那时起，我们真的很想简单地回收该空间：将一些数据读入一个空间，将其传递以进行处理，然后在发生这种情况时，将数据读入另一个空间。

事实上，这也很容易做到。将 getbuff() 更改为如下所示：

void getbuff(vector<char> &output) {
    swap(moleculeBuff, output);
    moleculeBuff.clear();
}

这应该会大大提高速度 - 而不是来回复制数据，它只是将一个向量的指向数据的指针与其他向量交换（以及一些其他细节，例如当前分配大小，以及向量的使用大小）。清除通常非常快——对于向量（或任何没有 dtor 的类型），它只会将向量中的项目数量设置为零（如果项目有 dtor，则必须当然，摧毁它们）。从那里开始，下次调用 insert() 时，新数据将被复制到向量已经拥有的内存中（直到/除非它需要比向量分配的空间更多的空间）。