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Abseil Code Review · 31/79

absl::FixedArray — 런타임 크기 stack 배열

· Hawk · 3분 읽기

#한 줄 요약

absl::FixedArray<T, N>생성 시점 크기는 결정되지만 그 이후 변경되지 않는 배열이다. 임계값 N 이하면 stack에 inline 저장, 초과하면 heap으로. C99 VLA(variable-length array)의 안전한 C++ 대체이며, std::vector의 자동 alloc을 피하고 싶은 짧은 수명 버퍼에 적합하다.

#동기

함수 안에서 임시 버퍼가 필요한데 크기가 런타임에 결정되는 경우가 흔하다.

void Process(absl::string_view input) {
std::vector<char> buf(input.size()); // 항상 heap alloc
// 버퍼 사용
}

대부분의 입력이 짧다면 매 호출마다 alloc이 발생하는 것은 낭비다. alloca 또는 C99 VLA로 stack 할당을 시도할 수도 있지만 둘 다 안전 문제가 있다 — 큰 크기에서 stack overflow.

FixedArray크기에 따라 분기한다. 작으면 stack, 크면 heap.

void Process(absl::string_view input) {
absl::FixedArray<char, 256> buf(input.size());
// input.size() ≤ 256이면 stack, 아니면 heap
}

두 경우의 메모리 배치를 그림으로 보면 다음과 같다.

FixedArray stack vs heap

#API와 사용법

#include "absl/container/fixed_array.h"
namespace absl {
template <typename T, size_t N = inline_default, typename A = std::allocator<T>>
class FixedArray {
public:
explicit FixedArray(size_t n);
FixedArray(size_t n, const T& fill);
FixedArray(std::initializer_list<T> init);
template <typename Iter> FixedArray(Iter first, Iter last);
T& operator[](size_t i);
T& at(size_t i);
T* data();
size_t size() const;
bool empty() const;
T* begin(); T* end();
// ...
};
}

크기는 생성 시 한 번 결정된다. resize, push_back, insert는 없다.

absl::FixedArray<int, 16> a(n); // 0으로 초기화되지 않음 (trivial T)
absl::FixedArray<int, 16> b(n, 0); // 0으로 채움
absl::FixedArray<int, 16> c{1, 2, 3, 4}; // 4 원소
for (int& x : a) x = compute();

#inline 임계값 N

기본 N은 kInlineBytesDefault(헤더에 정의)를 sizeof(T)로 나눈 값. 보통 inline 저장 공간이 256바이트 정도다. 명시적으로 지정 가능.

// 64개까지 stack
absl::FixedArray<int, 64> a(n);
// 0개 — 항상 heap
absl::FixedArray<int, 0> b(n);

N=0으로 명시하면 항상 heap. std::vector와 비슷하나, 크기 고정이 명시되는 장점.

#내부 구현

FixedArray는 union 같은 구조다.

// absl/container/fixed_array.h (요약)
template <typename T, size_t N, typename A>
class FixedArray {
size_t size_;
T* data_;
union {
char inline_storage_[N * sizeof(T)];
// heap-alloc 시 사용하지 않음
};
public:
explicit FixedArray(size_t n) : size_(n) {
if (n <= N) {
data_ = reinterpret_cast<T*>(inline_storage_);
} else {
data_ = AllocateHeap(n);
}
ConstructDefault(data_, n);
}
~FixedArray() {
DestroyAll();
if (size_ > N) DeallocateHeap();
}
};

data_가 inline buffer 또는 heap을 가리킨다. 사용 쪽은 분기 인지 없이 data(), operator[]로 접근한다.

stack 할당이라도 생성자에서 T를 초기화한다. trivial T는 비초기화 옵션이 있지만, 일반적으로 호출 분기 시 명시 초기화 자리에 채우는 패턴.

#std::vector / std::array 비교

항목std::arraystd::vectorabsl::FixedArray
크기 결정compile timeruntimeruntime
크기 변경XOX
storagestackheapstack(if ≤N) / heap
alloc-free fast pathOXO
초기화 강제X (uninit OK)O (zero)trivial은 uninit, non-trivial은 default

std::array는 크기가 컴파일 타임. std::vector는 항상 heap. FixedArray는 그 사이.

#코드 리뷰 포인트

1. 짧은 임시 버퍼

// 회피 — 매 호출 heap alloc
void Encode(absl::string_view in, std::string* out) {
std::vector<char> tmp(in.size() * 2);
// ...
}
// Good
void Encode(absl::string_view in, std::string* out) {
absl::FixedArray<char, 1024> tmp(in.size() * 2);
// 대부분 입력에서 stack 사용
}

2. fanout 버퍼

// N개 worker로 분배
void Dispatch(const Task& t, size_t worker_count) {
absl::FixedArray<TaskPart, 16> parts(worker_count);
for (size_t i = 0; i < worker_count; ++i) {
parts[i] = MakePart(t, i, worker_count);
}
// 보통 worker_count ≤ 16, stack 경로
}

3. C API의 out 버퍼

ssize_t needed = some_c_function(nullptr, 0);
absl::FixedArray<char, 256> buf(needed);
some_c_function(buf.data(), needed);

작은 경우 stack, 큰 경우 heap. VLA보다 안전.

#안티패턴

resize 가정

FixedArray는 resize/push_back이 없다. 크기 변경이 필요하면 std::vector 또는 absl::InlinedVector (Part 5-06).

과도하게 큰 N

absl::FixedArray<int, 100000> a(n); // sizeof(FixedArray) ≥ 400 KB

stack frame이 400KB 이상이 된다. 깊은 호출 stack에서 위험. N은 대부분 입력이 들어가는 작은 값으로.

stack overflow 가능성 인지 부족

absl::FixedArray<int, 256> a(n);
// n이 256 이하면 stack
// 그런데 sizeof(int)*256 = 1KB가 매 호출 stack 사용
// 재귀 함수면 깊이 1000에서 1MB

FixedArray도 stack frame을 차지한다. 재귀나 깊은 호출 안에서는 신중히.

#정리

  • FixedArray<T, N>생성 시 결정, 이후 고정 크기 배열.
  • 크기 ≤ N이면 stack, 초과면 heap.
  • VLA의 안전한 C++ 대체. resize 없음.
  • 짧은 임시 버퍼, fanout, C API 버퍼에 적합.
  • N은 흔한 입력이 들어가는 작은 값으로.

#다음 편

Part 5-06 — InlinedVector에서 크기 변경이 가능한 small-buffer optimization 버전을 본다.

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