realloc, но только первые несколько байтов имеют смысл

Почти наверняка это зависит от значений old_size, new_size и header_size, а также от реализации. Вам нужно будет выбрать некоторые значения и измерить.

1), вероятно, лучше всего в случае, когда header_size == old_size-1 && old_size == new_size-1, так как это дает вам наилучшие шансы на то, что один realloc в основном не работает. (2) в этом случае должен быть лишь немного медленнее (2 почти без операций немного медленнее, чем 1).

3), вероятно, лучше всего в случае, когда header_size == 1 && old_size == 1024*1024 && new_size == 2048*1024, потому что realloc пришлось бы переместить выделение, но вы избегаете копирования 1 МБ данных, которые вам не нужны. (2) в этом случае должно быть лишь немного медленнее.

2) лучше всего подходит, когда header_size намного меньше, чем old_size, а new_size находится в диапазоне, при котором realloc с достаточной вероятностью переместится, но также достаточно вероятно, что этого не произойдет. Тогда вы не можете предсказать, какой из (1) и (3) будет немного быстрее, чем (2).

При анализе (2) я предположил, что функция realloc вниз приблизительно свободна и возвращает тот же указатель. Это не гарантируется. Я могу думать о двух вещах, которые могут испортить вам жизнь:

• перераспределить копии вниз в новое распределение
• realloc вниз разделяет буфер, чтобы создать новый фрагмент свободной памяти, но затем, когда вы снова выполняете резервное копирование, распределитель не объединяет этот новый свободный фрагмент прямо обратно в ваш буфер, чтобы вернуться без копирование.

Любой из них может сделать (2) значительно дороже, чем (1). Таким образом, это деталь реализации, является ли (2) хорошим способом хеджирования ваших ставок между преимуществами (1) (иногда избегая копирования чего-либо) и преимуществами (3) (иногда избегая слишком большого копирования).

Кстати, такого рода праздные рассуждения о производительности более эффективны для предварительного объяснения ваших наблюдений, чем для предварительного предсказания того, какие наблюдения мы сделали бы в маловероятном случае, если бы мы действительно достаточно заботились о производительности, чтобы проверить ее.

Кроме того, я подозреваю, что для больших выделений реализация может выполнить даже перемещение realloc без копирования чего-либо путем переназначения памяти на новый адрес. В этом случае они все будут быстрыми. Однако я не изучал, действительно ли реализации делают это.

Ни malloc (для всего блока), ни realloc (для пространства за пределами размера старого блока при увеличении размера) не гарантируют, что будет содержать полученная вами память, поэтому, если вы хотите, чтобы эти лишние байты были равны нулю (например), вам придется сделать это самостоятельно с чем-то вроде:

// ptr contains current block.
void *saveptr = ptr;
ptr = realloc (ptr, new_size);
if (ptr == NULL) {
    // do something intelligent like recover saveptr and exit.
}
memset (ptr + header_size, 0, new_size - header_size);

Однако, поскольку вы заявили, что вас не волнует содержимое за пределами заголовка, самым быстрым почти наверняка является один realloc, поскольку он, вероятно, будет оптимизирован скрытно.

Вызов его дважды для сжатия и расширения или вызов malloc-new/memcpy/free-old вряд ли будет столь же эффективным, хотя, как и при любой оптимизации, вы должны измерять, а не гадать!

Имейте в виду, что realloc вовсе не обязательно копировать вашу память. Если расширение можно сделать на месте, то интеллектуальный менеджер кучи просто увеличит размер блока, ничего не копируя, например:

+-----------+   ^        +-----------+ <- At same address,
| Old block |   | Need   | New block |      no copying
|           |   | this   |           |      involved.
+-----------+   | much   |           |
| Free      |   | now.   |           |
|           |   v        +-----------+
|           |            | Free      |
|           |            |           |
+-----------+            +-----------+

Вероятно, это зависит от размеров и необходимости копирования.

Метод 1 скопирует все, что содержится в старом блоке, но если вы не будете делать это слишком часто, то и не заметите.

Метод 2 скопирует только то, что вам нужно сохранить, так как вы заранее отбрасываете все остальное.

Метод 3 будет копировать безоговорочно, в то время как другие копируют только в том случае, если размер блока памяти не может быть изменен там, где он есть.

Лично я бы предпочел метод 2, если вы делаете это довольно часто, или метод 1, если вы делаете это реже. Соответственно, я бы профилировал, какой из них будет быстрее.