动态分配将数据存储在堆中的随机位置？

Question

我知道局部变量将按顺序存储在堆栈中。

但是，当我在c++中动态分配堆内存中的变量时，就像这样。

int * a = new int{1};
int * a2 = new int{2};
int * a3 = new int{3};
int * a4 = new int{4};

问题1:这些变量是否存储在连续的内存位置？问题2:如果不是，是因为动态分配将变量存储在堆内存中的随机位置吗？Question3 :那么动态分配是否会增加缓存未命中的可能性，并具有低空间局部性？

Answer 1

第1部分:单独分配是连续的吗？

答案可能不是，而是。动态分配的发生方式取决于实现。如果您像上面的例子那样分配内存，两个单独的分配可能是连续的，但不能保证会发生这种情况(而且不应该依赖它)。

c++的不同实现使用不同的算法来决定如何分配内存。

第2部分:分配是随机的吗？

内存不是以故意随机的方式分配的。内存分配器通常会尝试分配彼此附近的内存块，以最小化页面错误和缓存未命中，但并不总是可以做到这一点。

分配分两个阶段进行：

1. 分配器从OS
2. 请求一大块内存，并在您调用
3. 时返回该大块的内存，直到您请求的内存超过了它必须提供的内存，在这种情况下，它会从OS请求另一个大块。

在第二个阶段，实现可以尝试为您提供接近其他最近分配的内存，但是它对第一阶段几乎没有控制(操作系统通常只提供任何可用的内存，而不知道您的程序所分配的其他内存)。

第3部分:避免缓存未命中

如果缓存未命中是代码中瓶颈，

• 试图减少间接量(通过让数组按值而不是指针存储对象)；
• 确保您正在操作的内存在设计允许的情况下是尽可能连续的(因此使用std：：数组或std::vector，而不是链表，并且更喜欢一些大的分配而不是许多小的分配)；
• 尝试设计算法，以便它必须尽可能少地在内存中跳转。

一个很好的通用原则是只使用对象的std::vector，除非你有很好的理由使用更花哨的东西。因为它们具有更好的缓存局部性，所以在插入和删除元素时，std::vector比std::list更快，甚至可以插入和删除数十个甚至数百个元素。

最后:试着利用堆栈。除非有很好的理由让某些东西成为指针，否则只需声明为堆栈上的变量即可。如果可能的话，

• 更喜欢使用MyClass x{};而不是MyClass* x = new MyClass{};，
• 更喜欢使用std::vector<MyClass>而不是std::vector<MyClass*>。

通过扩展，如果您可以使用静态多态性(即，模板)，请使用它而不是动态多态性。

Answer 2

IMHO这是操作系统特定的/ C++标准库实现。

new最终使用较低级别的虚拟内存分配服务，并使用mmap和munmap等系统调用一次分配多个页面。new的实现可以在相关情况下重用先前释放的内存空间。new的实现可以对“大”和“小”分配使用各种不同的策略。

在为内存分配(通常是几个页面)的系统调用中提供第一个new结果的示例中，分配的内存可能足够大，因此后续的new调用会产生连续的allocation..But，这取决于实现

Answer 3

简而言之：

1. not at all (由于对齐而存在填充，堆管理数据，分配的块可能会被重用等)，
2. generally at all (AFAIK，堆算法是确定性的，没有任何随机性)，
3. generally yes (例如，内存池在这里可能会有所帮助)。