更好的GSL gsl_vector内存管理

Question

当我用C++编写线性代数程序时，我使用Armadillo库。它基于模板，它提供了一种方法来定义任何长度的向量，这些向量不一定需要额外的内存分配，因为它们在编译时被静态地分配了一个适当的内存缓冲区。当我使用arma::Col<double>::fixed<3>时，编译器会动态创建一个“新类型”，这样向量就包含了整整3倍的缓冲区。

现在我正在用C语言编写一个线性代数程序，我正在使用GNU科学图书馆(GSL)。为了实例化一个3D向量，我需要:返回一个gsl_vector_alloc(3)的gsl_vector*。问题是，此操作导致动态分配一小部分内存，并且在程序运行时发生了数百万次。我的程序正在浪费大量资源来执行数以千万计的malloc/free操作。

我检查了gsl_vector的内部结构

typedef struct
{
   size_t size;
   size_t stride;
   double * data;
   gsl_block * block;
   int owner;
} gsl_vector;

为了使库正确工作，data应该指向向量的第一个元素，通常在gsl_block结构中，如下所示：

typedef struct
{
   size_t size;
   double * data;
} gsl_block;

它包含另一个data指针。因此，为了实例化一个简单的3D向量，会出现以下malloc序列：

1. gsl_vector结构是malloc'd (x86_64上大约有40个字节)。
2. gsl_block结构是malloc'd (16字节)，gsl_vector的block指针被设置为刚刚分配的gsl_block的内存地址。
3. 一个3倍的数组是malloc'd，它的内存地址被分配给两个data指针( gsl_block中的和gsl_vector中的)。

通过删除两个malloc，我获得了40%的性能增益。我创建了自定义的gsl_vector创建例程，该例程分配一个3倍的数组，并将gsl_vector的data指针设置为该数组的地址。然后返回一个gsl_vector (不是指针)。

但是这样做，我仍然得到了数百万的malloc(3 * sizeof(double))操作。

我没有设法将3的数组“嵌入”到gsl_vector结构中，因为如果data指针指向结构本身内的某个东西(hacky!)，那么当向量被复制到其他地方时，指针就不再有效了！

你有什么想法(除了切换到C++或滚动我自己的线性代数库)？我愿意接受任何建议。

Answer 1

在我看来，您似乎误解了gls_block数据结构的用途。在我看来，您应该使用它在gsl_block数据结构中分配一大块数据，然后将该块分割成多个gsl_vector。如果通过分配一个数组来一次分配所有的gsl_vector，那么您就快到了。在初始化过程中，您只需要对malloc进行两次调用，并进行一些簿记。

这会给你带来什么影响，那就是你必须事先精确地考虑你需要哪一个gsl_vector。但是，当您使用一种没有内置垃圾收集的语言时，这就是要付出的“代价”。如果您对此进行投资，大多数情况下，它具有构造代码的优点，您可能会了解到如何组织计算。

Answer 2

C太原始了，不能很好地做到这一点。

如果您需要使用GSL的函数，您可能仍然可以使用C++ Armadillo向量和矩阵。

例如，您可以通过.memptr()成员函数获得指向向量或矩阵使用的内存的指针。这也适用于固定大小的矩阵/向量。

或者，您可以告诉Armadillo使用已经分配的内存块，方法是在向量或矩阵施工期间给它一个指针。