将对象保存到二进制文件的有效方法

Question

我有一个基本上由向量矩阵组成的类：vector< MyFeatVector<T> > m_vCells，其中外部向量表示矩阵。这个矩阵中的每个元素都是一个vector（我扩展了stl vector类并将其命名为MyFeatVector<T>）。

我正在尝试编写一种有效的方法来将此类的对象存储在二进制文件中。到目前为止，我需要三个嵌套循环：

foutput.write( reinterpret_cast<char*>( &(this->at(dy,dx,dz)) ), sizeof(T) );

wherethis->at(dy,dx,dz)检索dz向量在位置的元素[dy,dx]。

是否有可能在m_vCells不使用循环的情况下存储私有成员？我试过类似的东西：foutput.write(reinterpret_cast<char*>(&(this->m_vCells[0])), (this->m_vCells.size())*sizeof(CFeatureVector<T>));这似乎无法正常工作。我们可以假设这个矩阵中的所有向量都具有相同的大小，尽管也欢迎使用更通用的解决方案:-)

此外，按照我的嵌套循环实现，将此类的对象存储在二进制文件中似乎比将相同的对象存储在纯文本文件中需要更多的物理空间。这有点奇怪。

我试图遵循http://forum.allaboutcircuits.com/showthread.php?t=16465下的建议，但无法找到合适的解决方案。

谢谢！

下面是我serialization和unserialization方法的简化示例。

template < typename T >
bool MyFeatMatrix<T>::writeBinary( const string & ofile ){

    ofstream foutput(ofile.c_str(), ios::out|ios::binary);
    foutput.write(reinterpret_cast<char*>(&this->m_nHeight), sizeof(int));
    foutput.write(reinterpret_cast<char*>(&this->m_nWidth), sizeof(int));
    foutput.write(reinterpret_cast<char*>(&this->m_nDepth), sizeof(int));

    //foutput.write(reinterpret_cast<char*>(&(this->m_vCells[0])), nSze*sizeof(CFeatureVector<T>));
    for(register int dy=0; dy < this->m_nHeight; dy++){
       for(register int dx=0; dx < this->m_nWidth; dx++){
          for(register int dz=0; dz < this->m_nDepth; dz++){
              foutput.write( reinterpret_cast<char*>( &(this->at(dy,dx,dz)) ), sizeof(T) );
          }
       }
    }

    foutput.close();
    return true;
}

template < typename T >
bool MyFeatMatrix<T>::readBinary( const string & ifile ){

    ifstream finput(ifile.c_str(), ios::in|ios::binary);

    int nHeight, nWidth, nDepth;
    finput.read(reinterpret_cast<char*>(&nHeight), sizeof(int));
    finput.read(reinterpret_cast<char*>(&nWidth), sizeof(int));
    finput.read(reinterpret_cast<char*>(&nDepth), sizeof(int));

    this->resize(nHeight, nWidth, nDepth);

    for(register int dy=0; dy < this->m_nHeight; dy++){
        for(register int dx=0; dx < this->m_nWidth; dx++){
            for(register int dz=0; dz < this->m_nDepth; dz++){
                finput.read( reinterpret_cast<char*>( &(this->at(dy,dx,dz)) ), sizeof(T) );
            }
        }
    }
    finput.close();
    return true;
}

Answer 1

最有效的方法是将对象存储到数组（或连续空间）中，然后将缓冲区爆破到文件中。优点是磁盘盘片没有浪费时间加速，并且写入可以连续执行，而不是在随机位置执行。

如果这是您的性能瓶颈，您可能需要考虑使用多个线程，一个额外的线程来处理输出。将对象转储到缓冲区中，设置一个标志，然后写入线程将处理输出，从而将主要任务留给执行更重要的任务。

编辑1：序列化示例
以下代码尚未编译，仅用于说明目的。

#include <fstream>
#include <algorithm>

using std::ofstream;
using std::fill;

class binary_stream_interface
{
    virtual void    load_from_buffer(const unsigned char *& buf_ptr) = 0;
    virtual size_t  size_on_stream(void) const = 0;
    virtual void    store_to_buffer(unsigned char *& buf_ptr) const = 0;
};

struct Pet
    : public binary_stream_interface,
    max_name_length(32)
{
    std::string     name;
    unsigned int    age;
    const unsigned int  max_name_length;

    void    load_from_buffer(const unsigned char *& buf_ptr)
        {
            age = *((unsigned int *) buf_ptr);
            buf_ptr += sizeof(unsigned int);
            name = std::string((char *) buf_ptr);
            buf_ptr += max_name_length;
            return;
        }
    size_t  size_on_stream(void) const
    {
        return sizeof(unsigned int) + max_name_length;
    }
    void    store_to_buffer(unsigned char *& buf_ptr) const
    {
        *((unsigned int *) buf_ptr) = age;
        buf_ptr += sizeof(unsigned int);
        std::fill(buf_ptr, 0, max_name_length);
        strncpy((char *) buf_ptr, name.c_str(), max_name_length);
        buf_ptr += max_name_length;
        return;
    }
};


int main(void)
{
    Pet dog;
    dog.name = "Fido";
    dog.age = 5;
    ofstream    data_file("pet_data.bin", std::ios::binary);

    // Determine size of buffer
    size_t  buffer_size = dog.size_on_stream();

    // Allocate the buffer
    unsigned char * buffer = new unsigned char [buffer_size];
    unsigned char * buf_ptr = buffer;

    // Write / store the object into the buffer.
    dog.store_to_buffer(buf_ptr);

    // Write the buffer to the file / stream.
    data_file.write((char *) buffer, buffer_size);

    data_file.close();
    delete [] buffer;
    return 0;
}

编辑 2：具有字符串向量的类

class Many_Strings
    : public binary_stream_interface
{
    enum {MAX_STRING_SIZE = 32};

    size_t    size_on_stream(void) const
    {
        return m_string_container.size() * MAX_STRING_SIZE  // Total size of strings.
               + sizeof(size_t); // with room for the quantity variable.
    }

    void      store_to_buffer(unsigned char *& buf_ptr) const
    {
        // Treat the vector<string> as a variable length field.
        // Store the quantity of strings into the buffer,
        //     followed by the content.
        size_t string_quantity = m_string_container.size();
        *((size_t *) buf_ptr) = string_quantity;
        buf_ptr += sizeof(size_t);

        for (size_t i = 0; i < string_quantity; ++i)
        {
            // Each string is a fixed length field.
            // Pad with '\0' first, then copy the data.
            std::fill((char *)buf_ptr, 0, MAX_STRING_SIZE);
            strncpy(buf_ptr, m_string_container[i].c_str(), MAX_STRING_SIZE);
            buf_ptr += MAX_STRING_SIZE;
        }
    }
    void load_from_buffer(const unsigned char *& buf_ptr)
    {
        // The actual coding is left as an exercise for the reader.
        // Psuedo code:
        //     Clear / empty the string container.
        //     load the quantity variable.
        //     increment the buffer variable by the size of the quantity variable.
        //     for each new string (up to the quantity just read)
        //        load a temporary string from the buffer via buffer pointer.
        //        push the temporary string into the vector
        //        increment the buffer pointer by the MAX_STRING_SIZE.
        //      end-for
     }
     std::vector<std::string> m_string_container;
};