insight - Programmierung - # Objektzuweisung in C++

Eine Minderheit von C++ Objekten verursacht die Mehrheit der Zuweisungs-CPU-Zeit

Q: Wie können Compiler Optimierungen die Ergebnisse beeinflussen und die Anzahl der Heap-Allokationen reduzieren?

Compiler-Optimierungen können die Ergebnisse beeinflussen, indem sie den generierten Maschinencode optimieren, um die Leistung zu verbessern. Im Falle der Reduzierung der Anzahl der Heap-Allokationen könnten Compiler spezielle Allokationsstrategien implementieren, um häufige Heap-Allokationen in effizientere Stack-Allokationen umzuwandeln. Durch statische Analyse des Codes könnten Compiler erkennen, wo Objekte auf dem Heap allokiert werden, obwohl sie stattdessen auf dem Stack platziert werden könnten. Durch diese Optimierungen könnten Compiler die Anzahl der Heap-Allokationen reduzieren und somit die Gesamtleistung des Programms verbessern.

Q: Warum zählen wir Allokationen dynamisch und nicht durch statische Analyse? Welche Vor- und Nachteile hat diese Methode?

Die dynamische Zählung von Allokationen durch Ausführung der Programme bietet eine präzisere und genaue Erfassung der tatsächlichen Allokationen im Vergleich zur statischen Analyse. Durch die Ausführung der Programme können alle tatsächlichen Allokationen erfasst werden, ohne auf Annahmen über den Programmfluss angewiesen zu sein. Dies ermöglicht eine detaillierte Analyse der Allokationen in verschiedenen Szenarien und Eingaben. Ein Nachteil der dynamischen Zählung ist jedoch der höhere Aufwand und die Komplexität, da jedes Programm ausgeführt werden muss, um die Allokationen zu zählen. Dies kann zeitaufwändig sein, insbesondere bei umfangreichen Programmen. Im Gegensatz dazu könnte die statische Analyse schneller sein, aber sie könnte weniger präzise sein, da sie auf Annahmen basiert und möglicherweise nicht alle tatsächlichen Allokationen erfasst.

Q: Wie unterscheiden sich C- und C++-Programme in Bezug auf die Allokation von Objekten?

C- und C++-Programme unterscheiden sich in Bezug auf die Allokation von Objekten hauptsächlich durch die Verwendung von Klassen und Objekten in C++. In C werden Datenstrukturen wie Strukturen verwendet, während in C++ Klassen und Objekte zur Datenkapselung eingesetzt werden. Dies führt dazu, dass in C++ häufiger Heap-Allokationen für Objekte verwendet werden, da die Objekte dynamisch erstellt und verwaltet werden können. In C hingegen werden Strukturen häufig auf dem Stack allokiert, da C weniger abstrakt ist und keine spezifischen Konstrukte wie der new-Operator in C++ bietet. Die höhere Abstraktionsebene von C++ führt dazu, dass Entwickler möglicherweise häufiger Heap-Allokationen verwenden, da sie die Flexibilität und Dynamik von Objekten in C++ schätzen. In C hingegen sind Stack-Allokationen aufgrund der direkteren Natur der Sprache häufiger. Diese Unterschiede in der Allokation von Objekten zwischen C und C++ können sich auf die Leistung und Effizienz von Programmen auswirken, insbesondere in Bezug auf die Verwendung von CPU-Zyklen für Allokationen.

Core Concepts

Heap-Allokationen in C++ verursachen einen Großteil der CPU-Zeit, obwohl sie nur eine Minderheit der Objekte ausmachen.

Abstract

Inhaltsverzeichnis:

Einleitung
Methode
Ergebnisse
Diskussion
Verwandte Arbeiten
Schlussfolgerung

Hauptpunkte:

Heap-Allokationen in C++ sind teurer als statische oder Stack-Allokationen.
Die Mehrheit der Objekte wird auf dem Stack allokiert, aber Heap-Allokationen verbrauchen 85% der CPU-Zyklen.
Optimierung von Heap-Allokationen kann die Leistung in C++ deutlich verbessern.

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Stats

Wir fanden heraus, dass 97,2% der Objekte auf dem Stack und nur 2,8% auf dem Heap allokiert werden.
Heap-Allokationen verursachen 85% der gesamten CPU-Zyklen, die für Objektzuweisungen verwendet werden.

Quotes

"Heap-Allokationen verursachen einen signifikanten Anteil von 85% der CPU-Zyklen, obwohl sie nur 2,8% der Objekte ausmachen." - Eugene Darashkevich

Key Insights Distilled From

A Minority of C++ Objects Account for the Majority of Allocation CPU Time

by Eugene Daras... at arxiv.org 03-12-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.06695.pdf

A Minority of C++ Objects Account for the Majority of Allocation CPU Time

Deeper Inquiries

Wie können Compiler Optimierungen die Ergebnisse beeinflussen und die Anzahl der Heap-Allokationen reduzieren?

Compiler-Optimierungen können die Ergebnisse beeinflussen, indem sie den generierten Maschinencode optimieren, um die Leistung zu verbessern. Im Falle der Reduzierung der Anzahl der Heap-Allokationen könnten Compiler spezielle Allokationsstrategien implementieren, um häufige Heap-Allokationen in effizientere Stack-Allokationen umzuwandeln. Durch statische Analyse des Codes könnten Compiler erkennen, wo Objekte auf dem Heap allokiert werden, obwohl sie stattdessen auf dem Stack platziert werden könnten. Durch diese Optimierungen könnten Compiler die Anzahl der Heap-Allokationen reduzieren und somit die Gesamtleistung des Programms verbessern.

Warum zählen wir Allokationen dynamisch und nicht durch statische Analyse? Welche Vor- und Nachteile hat diese Methode?

Die dynamische Zählung von Allokationen durch Ausführung der Programme bietet eine präzisere und genaue Erfassung der tatsächlichen Allokationen im Vergleich zur statischen Analyse. Durch die Ausführung der Programme können alle tatsächlichen Allokationen erfasst werden, ohne auf Annahmen über den Programmfluss angewiesen zu sein. Dies ermöglicht eine detaillierte Analyse der Allokationen in verschiedenen Szenarien und Eingaben.
Ein Nachteil der dynamischen Zählung ist jedoch der höhere Aufwand und die Komplexität, da jedes Programm ausgeführt werden muss, um die Allokationen zu zählen. Dies kann zeitaufwändig sein, insbesondere bei umfangreichen Programmen. Im Gegensatz dazu könnte die statische Analyse schneller sein, aber sie könnte weniger präzise sein, da sie auf Annahmen basiert und möglicherweise nicht alle tatsächlichen Allokationen erfasst.

Wie unterscheiden sich C- und C++-Programme in Bezug auf die Allokation von Objekten?

C- und C++-Programme unterscheiden sich in Bezug auf die Allokation von Objekten hauptsächlich durch die Verwendung von Klassen und Objekten in C++. In C werden Datenstrukturen wie Strukturen verwendet, während in C++ Klassen und Objekte zur Datenkapselung eingesetzt werden. Dies führt dazu, dass in C++ häufiger Heap-Allokationen für Objekte verwendet werden, da die Objekte dynamisch erstellt und verwaltet werden können. In C hingegen werden Strukturen häufig auf dem Stack allokiert, da C weniger abstrakt ist und keine spezifischen Konstrukte wie der new-Operator in C++ bietet.
Die höhere Abstraktionsebene von C++ führt dazu, dass Entwickler möglicherweise häufiger Heap-Allokationen verwenden, da sie die Flexibilität und Dynamik von Objekten in C++ schätzen. In C hingegen sind Stack-Allokationen aufgrund der direkteren Natur der Sprache häufiger. Diese Unterschiede in der Allokation von Objekten zwischen C und C++ können sich auf die Leistung und Effizienz von Programmen auswirken, insbesondere in Bezug auf die Verwendung von CPU-Zyklen für Allokationen.