固定大小数组与alloca (或VLA)

Question

什么时候，通过声明一个固定大小的数组，alloca()比在堆栈上分配内存更可取？

详细信息：

正如我们所知，alloca()是一个有争议的功能。如果不小心使用，则会导致堆栈溢出。明智地使用它，可以避免堆分配，从而从紧循环中减少几纳秒。在这个问题中，关于为什么alloca被认为是坏的，一些顶尖的答案提倡偶尔使用alloca。

另一种从堆栈分配的方法是简单地声明一个固定大小的数组。这个策略的一个例子可以在arena类中霍华德·辛纳特的堆栈分配器中找到。(该代码当然是C++，但这个概念仍然适用于C。)

使用alloca与固定大小的数组有什么折衷之处？如果有的话，什么时候一个明显比另一个更好？这仅仅是一个在每一种情况下都应该进行经验性测试的性能问题(当性能是一个关键目标，并且已经确定了一个热点时)？固定大小的数组比较悲观--它总是像我们愿意在堆栈上分配的那样分配--但是还不清楚这是好还是坏。

为了尽可能明确起见，下面是两个函数实现的简单示例，其中似乎有理由使用alloca或固定大小的数组：

#include <alloca.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void foo_alloca(const size_t mem_needed) {
    printf("foo_alloca(%zu)\n", mem_needed);
    char* mem;
    bool used_malloc = false;
    if (mem_needed <= 100)
        mem = alloca(mem_needed);
    else {
        mem = malloc(mem_needed);
        used_malloc = true;
    }
    assert(mem_needed != 0);
    // imagine we do something interesting with mem here
    mem[0] = 'a';
    mem[1] = 'b';
    mem[2] = 'c';
    mem[3] = '\0';
    puts(mem);
    if (used_malloc)
        free(mem);
}

void foo_fixed(const size_t mem_needed) {
    printf("foo_fixed(%zu)\n", mem_needed);
    char* mem;
    char stack_mem[100];
    bool used_malloc = false;
    if (mem_needed <= 100)
        mem = stack_mem;
    else {
        mem = malloc(mem_needed);
        used_malloc = true;
    }
    assert(mem_needed != 0);
    // imagine we do something interesting with mem here
    mem[0] = 'a';
    mem[1] = 'b';
    mem[2] = 'c';
    mem[3] = '\0';
    puts(mem);
    if (used_malloc)
        free(mem);
}

int main()
{
    foo_alloca(30);
    foo_fixed(30);
    foo_alloca(120);
    foo_fixed(120);
}

另一个非常类似于alloca的选项是VLA。据我所知，从alloca和VLA获得的内存本质上是相同的行为，所以这个问题也适用于VLA。如果这种理解是错误的，只管提出来。

Answer 1

使用alloca()与固定大小数组之间的权衡是什么？

1. 便携性alloca()不是一个标准的C库函数。固定大小数组是语言的一部分。
2. 可分析性。分析代码内存使用情况的工具通过固定的侧数组定期支持堆栈深度分析。alloc()可分析性可能/可能不存在。
3. 空间效率。alloca()分配被禁止的内存空间。固定大小的数组倾向于过度分配。
4. 代码效率/速度当然是一个实现问题，需要分析来比较性能。预计不会有明显的差异。
5. VLA的优点/缺点类似于alloca()，只是这是C99标准的一部分，但在C11中只有可选。