C++关键字alignof和alignas的实际应用案例

Question

我刚学习了C++中的alignof和alignas关键字，但是我无法想象开发人员何时需要使用这些关键字。

请问有没有人知道这些关键字的实际用途？

- BegginerNoob

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内存对齐：如何使用alignof / alignas？ - Ruks

这个回答解决了你的问题吗？内存对齐：如何使用alignof/alignas？ - Adrian Mole

不，我不认为它会。 - Waqar

Answer 1

alignas说明符的常见用法是在通过队列（例如事件或任务队列）在不同线程之间传递多个对象时避免伪共享。当多个线程实际上访问不同的对象时，它们会竞争相同的缓存行，从而导致伪共享。由于性能下降，通常不希望出现这种情况。

例如-假设缓存行大小为64字节-给定以下Event类：

struct Event {
   int event_type_;
};

Event的对齐方式将与其数据成员event_type_的对齐方式相对应。假设int的对齐方式为4字节（即alignof(int)计算结果为4），则最多可以将16个Event对象放入单个高速缓存行中。因此，如果您有一个类似于以下队列：

std::queue<Event> eventQueue;

当一个线程将事件推入队列的后面，另一个线程从前面拉取事件时，它们可能会竞争相同的缓存行。然而，通过在 Event 上正确使用 alignas 指定符：

struct alignas(64) Event {
   int event_type_;
};

这样，一个“事件（Event）”对象总是对齐在缓存行边界上，以便缓存行最多包含一个“事件”对象。因此，当访问不同的“事件”对象时，两个或更多线程永远不会竞争相同的缓存行（如果多个线程正在访问相同的“事件”对象，则它们显然会竞争相同的缓存行）。

- ローウ

Answer 2

基于我的经验，以下是一些实际应用场景：

• 在嵌入式系统中为网络数据包编写专用分配器
• 解决嵌入式系统专用CPU中的bug问题
• 针对缓存使用进行性能优化
• 将C++对象的一部分提供给需要具体对齐方式的C库

- Slimak

Answer 3

指针上的备用内存：如果指向某个类型的指针总是以零结尾，因为该类型的对齐方式，则始终为零的位可以用于存储其他内容。例如：

class Small { Aligned * ptr; bool b; }; // suppose having many instances

在64位架构上，这将至少需要8+1个字节，但可以通过仔细地将指针和布尔值联合起来压缩为8个字节。在使用指针之前，您必须进行位掩码操作，但这是一条非常快速的指令。这是内存和CPU之间的权衡。

- poke53280

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编译器实际上不允许这样做。指针是平凡类型，因此我可以通过将memcpy分配到它们来对它们进行分配。这不能允许修改任何其他对象的值，包括b。但如果它们共享内存，那么就会出现这种情况。填充字节是对象表示的一部分，因此不能随意被某个其他对象使用（除非该对象大小为零）。 - Nicol Bolas