c++ - boost::object_pool よりも高速な C++ ヒープ割り当て/割り当て解除メカニズムはありますか?

Question

今週、boost::object_pool について知り、通常の new & delete よりも約 20 ～ 30% 高速であることに驚きました。

テストのために、boost::chrono を使用して異なるヒープアロケーター/デアロケーター (shared_ptr) の時間を計測する小さな C++ アプリを作成しました。関数自体は、'new' と 'delete' を使用して 60M 反復の単純なループを実行します。コードの下:

#include <iostream>

#include <memory>
using std::shared_ptr;

#include <boost/smart_ptr.hpp>
#include <boost/chrono.hpp>
#include <boost/chrono/chrono_io.hpp>
#include <boost/pool/object_pool.hpp>

#include <SSVUtils/SSVUtils.h>

#include "TestClass.h"

const long lTestRecursion = 60000000L;

void WithSmartPtrs()
{
    boost::chrono::system_clock::time_point startTime = boost::chrono::system_clock::now();
    std::cout << "Start time: " << startTime << std::endl;

    for (long i=0; i < lTestRecursion; ++i)
    {
        boost::shared_ptr<TestClass> spTC = boost::make_shared<TestClass>("Test input data!");  
    }

    boost::chrono::system_clock::time_point endTime = boost::chrono::system_clock::now();
    std::cout << "End time: " << endTime << std::endl;

    boost::chrono::duration<double> d = endTime - startTime;
    std::cout << "Duration: " << d << std::endl;
}

void WithSTDSmartPtrs()
{
    boost::chrono::system_clock::time_point startTime = boost::chrono::system_clock::now();
    std::cout << "Start time: " << startTime << std::endl;

    for (long i=0; i < lTestRecursion; ++i)
    {
        std::shared_ptr<TestClass> spTC = std::make_shared<TestClass>("Test input data!");  
    }

    boost::chrono::system_clock::time_point endTime = boost::chrono::system_clock::now();
    std::cout << "End time: " << endTime << std::endl;

    boost::chrono::duration<double> d = endTime - startTime;
    std::cout << "Duration: " << d << std::endl;
}

template<typename T> struct Deleter {
    void operator()(T *p)
    {
        delete p;
    }
};


void WithSmartPtrsUnique()
{
    boost::chrono::system_clock::time_point startTime = boost::chrono::system_clock::now();
    std::cout << "Start time: " << startTime << std::endl;

    for (long i=0; i < lTestRecursion; ++i)
    {
        boost::unique_ptr<TestClass, Deleter<TestClass> > spTC = boost::unique_ptr<TestClass, Deleter<TestClass> >(new TestClass("Test input data!"));  
    }

    boost::chrono::system_clock::time_point endTime = boost::chrono::system_clock::now();
    std::cout << "End time: " << endTime << std::endl;

    boost::chrono::duration<double> d = endTime - startTime;
    std::cout << "Duration: " << d << std::endl;
}

void WithSmartPtrsNoMakeShared()
{
    boost::chrono::system_clock::time_point startTime = boost::chrono::system_clock::now();
    std::cout << "Start time: " << startTime << std::endl;

    for (long i=0; i < lTestRecursion; ++i)
    {
        boost::shared_ptr<TestClass> spTC = boost::shared_ptr<TestClass>( new TestClass("Test input data!"));   
    }

    boost::chrono::system_clock::time_point endTime = boost::chrono::system_clock::now();
    std::cout << "End time: " << endTime << std::endl;

    boost::chrono::duration<double> d = endTime - startTime;
    std::cout << "Duration: " << d << std::endl;
}


void WithoutSmartPtrs()
{
    boost::chrono::system_clock::time_point startTime = boost::chrono::system_clock::now();
    std::cout << "Start time: " << startTime << std::endl;

    for (long i=0; i < lTestRecursion; ++i)
    {
        TestClass* pTC = new TestClass("Test input data!"); 
        delete pTC;
    }

    boost::chrono::system_clock::time_point endTime = boost::chrono::system_clock::now();
    std::cout << "End time: " << endTime << std::endl;

    boost::chrono::duration<double> d = endTime - startTime;
    std::cout << "Duration: " << d << std::endl;
}

void WithObjectPool()
{
    boost::chrono::system_clock::time_point startTime = boost::chrono::system_clock::now();
    std::cout << "Start time: " << startTime << std::endl;

    {
        boost::object_pool<TestClass> pool;
        for (long i=0; i < lTestRecursion; ++i)
        {
            TestClass* pTC = pool.construct("Test input data!");    
            pool.destroy(pTC);
        }
    }

    boost::chrono::system_clock::time_point endTime = boost::chrono::system_clock::now();
    std::cout << "End time: " << endTime << std::endl;

    boost::chrono::duration<double> d = endTime - startTime;
    std::cout << "Duration: " << d << std::endl;
}


void WithObjectPoolNoDestroy()
{
    boost::chrono::system_clock::time_point startTime = boost::chrono::system_clock::now();
    std::cout << "Start time: " << startTime << std::endl;

    //{
        boost::object_pool<TestClass> pool;
        for (long i=0; i < lTestRecursion; ++i)
        {
            TestClass* pTC = pool.construct("Test input data!");    
            //pool.destroy(pTC);
        }
    //}

    boost::chrono::system_clock::time_point endTime = boost::chrono::system_clock::now();
    std::cout << "End time: " << endTime << std::endl;

    boost::chrono::duration<double> d = endTime - startTime;
    std::cout << "Duration: " << d << std::endl;
}



void WithSSVUtilsPreAllocDyn()
{
    boost::chrono::system_clock::time_point startTime = boost::chrono::system_clock::now();
    std::cout << "Start time: " << startTime << std::endl;

    {
        ssvu::PreAlloc::PreAllocDyn preAllocatorDyn(1024*1024);
        for (long i=0; i < lTestRecursion; ++i)
        {
            TestClass* pTC = preAllocatorDyn.create<TestClass>("Test input data!"); 
            preAllocatorDyn.destroy(pTC);
        }
    }

    boost::chrono::system_clock::time_point endTime = boost::chrono::system_clock::now();
    std::cout << "End time: " << endTime << std::endl;

    boost::chrono::duration<double> d = endTime - startTime;
    std::cout << "Duration: " << d << std::endl;
}



void WithSSVUtilsPreAllocStatic()
{
    boost::chrono::system_clock::time_point startTime = boost::chrono::system_clock::now();
    std::cout << "Start time: " << startTime << std::endl;

    {
        ssvu::PreAlloc::PreAllocStatic<TestClass> preAllocatorStat(10);
        for (long i=0; i < lTestRecursion; ++i)
        {
            TestClass* pTC = preAllocatorStat.create<TestClass>("Test input data!");    
            preAllocatorStat.destroy(pTC);
        }
    }

    boost::chrono::system_clock::time_point endTime = boost::chrono::system_clock::now();
    std::cout << "End time: " << endTime << std::endl;

    boost::chrono::duration<double> d = endTime - startTime;
    std::cout << "Duration: " << d << std::endl;
}


int main()
{
    std::cout << " With OUT smartptrs (new and delete): " << std::endl;
    WithoutSmartPtrs();


    std::cout << std::endl << " With smartptrs (boost::shared_ptr withOUT make_shared): " << std::endl;
    WithSmartPtrsNoMakeShared();

    std::cout << std::endl << " With smartptrs (boost::shared_ptr with make_shared): " << std::endl;
    WithSmartPtrs();

    std::cout << std::endl << " With STD smart_ptr (std::shared_ptr with make_shared): " << std::endl;
    WithSTDSmartPtrs();


    std::cout << std::endl << " With Object Pool (boost::object_pool<>): " << std::endl;
    WithObjectPool();

    std::cout << std::endl << " With Object Pool (boost::object_pool<>) but without destroy called!: " << std::endl;
    WithObjectPoolNoDestroy();


    std::cout << std::endl << " With SSVUtils PreAllocDyn(1024*1024)!: " << std::endl;
    WithSSVUtilsPreAllocDyn();


    std::cout << std::endl << " With SSVUtils PreAllocStatic(10)!: " << std::endl;
    WithSSVUtilsPreAllocStatic();


    return 0;
}

結果：

On Ubuntu LTS 12.04 x64 with GNU C++ 4.6 and boost 1.49                                                                         


No smart ptrs (new/delete)                      5,08024     100     5,1387      100     5,1108      100     5,1099  100


With boost::shared_ptr No boost::make_shared                        7,36128 2,2810  145     7,34522 2,2065  143     7,28801 2,1772  143     7,3315  143

With boost::shared_ptr and boost::make_shared                       6,60351 1,5233  130     6,82849 1,6898  133     6,61059 1,4998  129     6,6809  131

With std::shared_ptr and std::make_shared                       6,07756 0,9973  120     5,93100 0,7923  115     5,9037  0,7929  116     5,9708  117


With boost::unique_ptr                      4,97147 -0,1088 100     5,0428  -0,0959 98      4,96625 -0,1445 97      4,9935  98


With boost::object_pool                     3,53291 -1,5473 70      3,60357 -1,5351 70      3,52986 -1,5809 69      3,5554  70

With boost::object_pool (Without calling Destroy)                       4,52430 -0,5559 89      4,51602 -0,6227 88      4,52137 -0,5894 88      4,5206  88

私の MacBook Pro での SSVUtils PreAllocDyn を含む結果: 以下でコンパイル:

  g++-mp-4.8 -I$BOOSTHOME/include -I$SSVUTILSHOME/include  -std=c++11 -O2 -L$BOOSTHOME/lib -lboost_system -lboost_chrono  -o smartptrtest smartptr.cpp

 With OUT smartptrs (new and delete): 
Start time: 1381596718412786000 nanoseconds since Jan 1, 1970
End time: 1381596731642044000 nanoseconds since Jan 1, 1970
Duration: 13.2293 seconds

 With smartptrs (boost::shared_ptr withOUT make_shared): 
Start time: 1381596731642108000 nanoseconds since Jan 1, 1970
End time: 1381596753651561000 nanoseconds since Jan 1, 1970
Duration: 22.0095 seconds

 With smartptrs (boost::shared_ptr with make_shared): 
Start time: 1381596753651611000 nanoseconds since Jan 1, 1970
End time: 1381596768909452000 nanoseconds since Jan 1, 1970
Duration: 15.2578 seconds

 With STD smart_ptr (std::shared_ptr with make_shared): 
Start time: 1381596768909496000 nanoseconds since Jan 1, 1970
End time: 1381596785500599000 nanoseconds since Jan 1, 1970
Duration: 16.5911 seconds

 With Object Pool (boost::object_pool<>): 
Start time: 1381596785500638000 nanoseconds since Jan 1, 1970
End time: 1381596793484515000 nanoseconds since Jan 1, 1970
Duration: 7.98388 seconds

 With Object Pool (boost::object_pool<>) but without destroy called!: 
Start time: 1381596793484551000 nanoseconds since Jan 1, 1970
End time: 1381596805774318000 nanoseconds since Jan 1, 1970
Duration: 12.2898 seconds

 With SSVUtils PreAllocDyn(1024*1024)!: 
Start time: 1381596815742696000 nanoseconds since Jan 1, 1970
End time: 1381596824173405000 nanoseconds since Jan 1, 1970
Duration: 8.43071 seconds

 With SSVUtils PreAllocStatic(10)!: 
Start time: 1381596824173448000 nanoseconds since Jan 1, 1970
End time: 1381596832034965000 nanoseconds since Jan 1, 1970
Duration: 7.86152 seconds

私の質問: shared_ptr/unique_ptr/boost::object_pool 以外に、オブジェクトの大規模なセットの迅速なヒープ割り当て/割り当て解除に使用できるヒープ/割り当てメカニズムはありますか?

注: 他のマシンやオペレーティングシステムでもより多くの結果が得られています。

編集 1: SSVUtils PreAllocDyn の結果を追加しました編集 4: コンパイラのコマンドラインオプションを追加し、SSVUtils PreAllocStatic(10) で再テストしました

ありがとう

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利用可能なスロットの配列を整数に置き換えるという奇抜なアイデアがあります。ここでチェックしてください：

https://code.google.com/p/cpppractice/source/browse/trunk/staticdelegate.hpp

score 0 · Accepted Answer

高速な新規作成/削除メカニズムが必要になったとき、私はそれを自分で書きました。残念ながら、「一般的な動的割り当てメモリ」の要件を妥協する必要がありました。この改良により、必要なものを正確にコーディングできるようになりました。一言で言えば -

配列は必要ありません。
事前割り当ては必須です (ただし、他のヒープと同様)。

アイデアはとてもシンプルです -

高速割り当て/割り当て解除が必要なオブジェクトのサイズのベクトルを事前に割り当てます。例えばMyType preMyType[ 1000 ]
事前に割り当てられたオブジェクトのアドレスをスタックにプッシュします。
on new - アドレスをポップ
削除時 - 返されたアドレスをスタックにプッシュします。

私は、ユーザーからほとんど要求されない、使いやすくて使いやすいフレームワークにすべてを詰め込みました。あるクラスから派生し、初期サイズを宣言することになりました。必要に応じて、コードサンプルを含めて詳しく説明できます。

c++ - boost::object_pool よりも高速な C++ ヒープ割り当て/割り当て解除メカニズムはありますか?

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Reference