"alignas"和"alignof"关键字用于什么目的？

Question

我不太明白关键字alignas和alignof的用途，也不确定自己是否完全理解什么是内存对齐。我的理解是，如果一个内存地址可以被n整除，那么它对n字节对齐，也就是说，可以每次以“n”个字节（从0或某个默认值）计数获得该地址。此外，当变量声明前缀为alignas关键字时，指定变量存储的地址应如何对齐，而alignof则返回变量地址对齐方式。但是，我不确定这是否是正确的内存对齐或alignof/alignas关键字的理解，请纠正我任何错误的地方。此外，我也不知道这些关键字的用途是什么，如果有人能指出它们的目的，我将不胜感激。

- user98188

Answer 1

一些特殊类型必须按照比通常更多的字节对齐-例如，在x86上，矩阵必须在16字节处对齐，以实现最有效的复制到GPU。SSE向量类型也可以这样行事。因此，如果您想创建容器类型，则必须了解您要包含或分配的类型的对齐要求。

- Puppy

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那么关键字只在某些情况下用于提高效率？ - user98188

@Keand64：在许多平台和情况下，不正确的对齐是一个错误。x86更加宽容。在一般情况下，您必须尊重UDT所需的对齐方式。 - Puppy

Answer 2

据我理解，如果一个内存地址可以被n字节整除，那么它就是按n字节对齐的，也就是说，可以通过每次计数'n'个字节（从0开始？还是某个默认值？）来到达该地址。

是的，通常它与0同余，因为这是一种硬件对齐，类似于（旧式）硬盘上的柱面对齐（参见Cylinder-head-sector）。嗯，我不确定柱面的事情是否正确；我对硬件不太熟悉。

我从未使用过alignas，但显然它在与某些硬件的交互中可以用于优化。例如，虽然它不适用于RAM，但在gcc的man页中，你可以看到-falign-*优化选项，其中解释了它们的目的：将一些代码在输出中对齐，以便CPU可以一次获取更多指令。

通常情况下，对于普通的标量类型，你会发现sizeof(your_type)等于alignof(your_type)，这是为了优化。但对于复合类型（数组或结构体），这个值会有所不同，并且通常等于成员中所需的最大对齐方式。

不考虑RAM之外的硬件，这对于一些通用数据管理功能可能很有用。当然，像malloc()这样的分配函数总是会给你一个方便任何类型的地址，也就是对齐到max_align_t，它通常具有16的alignof（如long double所需）。但今年，我参与了一个项目，该项目仅使用一个malloc()来分配矩阵以及矩阵每行的指针，放在同一个块中，例如对于int * *类型的变量。因此，该块首先包含int *指针的空间，然后是int值的空间。因为（在常见系统上）alignof(int *) % alignof(int) == 0，在这种情况下没有问题。但在32位架构上，如果使用double或int64_t等类型，将会失败，因为指针长度为4字节，而值需要8字节的对齐。因此，必须使用alignof来确定值的正确起始位置（当然，还必须添加填充到分配的大小中）。在我的情况下，这个问题尚未解决，因为程序只在64位架构上进行了测试，并且没有使用long double或类似类型。但我已经修复了这个问题，所以该程序肯定可以在32位机器上运行。

如果我理解正确的话，alignof(type)等同于offsetof(struct char_and_type, item)，如果你有：

struct char_and_type {
    char c;
    type item;
};

- Sylvain Chiron