C++内存对齐

Question

C++内存对齐

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我了解到在C++中，当声明变量时，如果你想获得最佳的缓存读取效果，内存应该保持其自然对齐方式。例如:

int a; // memory address should end in 0x0,0x4,0x8,0xC
int b[2]; // 8 bytes 0x0,0x8
int b[4]; // 16 bytes 0x0

但是在实践中，这些变量并不遵循“自然对齐”规则，一个16字节的变量存储在以0xC结尾的内存地址，为什么会这样呢？

- Student123

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数组不关心对齐，只有单个元素需要对齐。 - Quentin

可能需要引用确切的案例。 - Glenn Teitelbaum

其实并没有具体的情况，我只是在做实验。我发现无论变量大小如何，它们都是4字节对齐的，除非是1字节的数据类型。只是好奇为什么会这样。 - Student123

4个回答

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C++不会将任何内容对齐到缓存行，因为从所有意义上讲，它并不知道有缓存存在。如果您想要将某些内容对齐到16字节边界，请尝试在堆上使用posix_memalign()，或者（如果使用GCC）在栈上使用int x __attribute__ ((aligned (16)))。在C++11中，有alignas specifier。但我不知道如何使用new()调用具有保证对齐的函数。

- hayesti

你可以编写自己的 operator new() 并强制对齐。 - Glenn Teitelbaum

我说的对吗？只要一块内存是4字节对齐的，CPU就会充分利用数据，并且不需要多次读取任何4字节变量吗？ - Student123

@Student123 我猜这取决于CPU。一般来说，我认为这是一个好的经验法则。我知道现代x86微架构不再惩罚未对齐的加载。 - hayesti

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无法保证对齐

- Glenn Teitelbaum

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@LegalizeIt 这就是完整的答案，OP声称对齐应该是某个值，我说没有保证。其余的答案已在第一条评论中给出。一个int类型的地址可能是奇数，虽然很少见，但确实有可能。 - Glenn Teitelbaum

@scohe001 这是一个答案。 - Glenn Teitelbaum

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根据Intel® 64和IA-32架构优化参考手册（第B.4.5.2节Assists），跨越两个页面的32字节AVX存储指令需要一次辅助操作，大约需要150个周期。

- Maxim Masiutin

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可以查看英文原文，
原文链接

- Craig S. Anderson · Accepted Answer

自然内存对齐通常指的是单个变量的对齐，而不是变量数组。因此，一个由4字节整数组成的数组（如上所述）自然对齐到4字节边界，而不是16字节边界。

自然内存对齐通常涉及CPU的载入/存储指令的结构和实现方式，而不是缓存行的大小。CPU并不一次性加载整个数组（除了矢量加载）。因此，CPU并不关心它正在加载的整数是否是数组的一部分。

矢量加载会同时加载小型数组，通常具有更严格的对齐要求。例如，在x86上进行对齐的矢量加载，必须将项对齐到16字节。