理解数组预先配置

发布的罗兰美国舒尔，2012年11月29日

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今天我想介绍在MathWorks开发组工作的客座博主Jeremy Greenwald。Jeremy致力于代码分析器，并将讨论什么时候预分配MATLAB数组是有用的，什么时候应该避免。

内容

为什么预分配是有用的

有很多资源都在讨论预分配，比如我们的章节文档以及讨论改进的文章MATLAB分配策略．虽然我们将快速审查此处预付部的主题，但鼓励读者不熟悉此主题，以阅读一些提供的链接。

假设我们编写以下小函数来从某个外部源获取数据。函数返回变量数据赋值后，每次一个元素。

函数data = fillData为data(idx) = fetchData();结束结束

MATLAB将重新分配内存无数次，而执行这个循环。在重新分配内存后，MATLAB必须将旧的值复制到新的内存位置。就计算时间而言，这种内存分配和值的复制可能非常昂贵。它还会增加内存使用高峰，因为旧副本和新副本都必须存在一段时间。

在这个例子中，我们知道变量的最终大小数据是1-by-100，所以我们可以通过预先释放变量来轻松解决问题0函数。在这个版本的函数中，只会有一个内存分配，数据的值永远不必从一个位置复制到另一个位置。

函数data = fillDataWithPreallocation data = 0 (1100);为data(idx) = fetchData();结束结束

虽然对于较小的数据大小(例如1乘100)来说，这可能不是一个重要的优化，但如果数据大小较大，这可能是一个显著的改进。例如，在图像处理应用程序中，数据可能由数千个高分辨率图像组成，每个图像使用数百兆字节的内存。对于这样的应用程序，正确使用预分配可以显著提高执行时间。

代码分析器和MATLAB编辑器

MATLAB编辑器使用一个叫做代码分析器检测某些可能不是最佳的编程模式。代码分析器提供了关于如何重写这些模式的建议。然后，它与编辑器通信，以下划线这些代码。如果您将上面的第一个函数复制并粘贴到MATLAB编辑器中，变量数据以橙色下划线显示。将光标悬停在该变量上时，将出现工具提示，显示如下消息。

变量'data'似乎在每次循环迭代时都会改变大小。考虑提前分配。

工具提示还包含一个标签为细节．单击该按钮将导致工具提示框展开，并包含对消息的更完整的解释。最后，在更全面的解释中，有一个链接到这篇文章中已经提到的MATLAB文档部分。MATLAB试图提供很多关于何时以及如何预分配的指导。对于上面所示的第一个函数

还有其他一些代码模式也可以导致变量的大小发生改变，而预分配将会有所帮助。代码分析器可以捕获许多这些常见模式。下面的函数包含几个示例。

函数data = fillLotsOfData所有三个不同的变量都在循环中增长%，并且在MATLAB编辑器中所有三个都加了下划线data2 = [];data3 = [];为data1(idx) = fetchData();data2结束(+ 1)= fetchSomeOtherData ();data3 = [data3 fetchYetMoreData()];结束Data = {data1, data2, data3};结束

一个常见的误解

用户经常被告知要预分配变量，因此我们有时会看到一些代码在不必要的情况下也会预分配变量。这不仅使代码变得复杂，而且实际上还会导致预分配旨在缓解的问题，例如，运行时性能和峰值内存使用。不必要的预分配通常是这样的。

函数data = fillDataWithUnecessaryPreallocation%注意代码分析器消息%分配给变量data的值可能未被使用。data = 0 (1100);data = fetchAllData ();结束

变量数据第一个是预先分配的0函数。然后用返回值重新赋值fetchalldata.．第二个任务不造成了预先分配要避免的问题。调用分配给的内存0无法对返回的数据重用fetchalldata.．相反，一旦呼叫抛弃它fetchalldata.成功返回。这使得需要两倍于需要的内存，预期的零的一个块和一个块的返回值fetchalldata.．

请注意，如果将上述代码复制到MATLAB编辑器，则会出现以下代码分析仪消息。

分配给变量“数据”的值可能未使用。

这表示值(以及底层内存)首先分配给数据永远不会被使用。这条消息出现在预分配变量的代码行上，很好地表明预分配是不需要的。由于Code Analyzer可以检测到许多可以从预分配中受益的模式，如果Code Analyzer没有检测到这样的模式，而是检测到一个未使用的变量，那么这些都表明不需要预分配的可能性很大。虽然代码分析器可能偶尔会错过可以从预分配中受益的代码模式，但它可以依赖于捕获最常见的此类模式。