内存对齐:如何使用alignof / alignas？

Question

我现在使用的是共享内存。

我不明白alignof和alignas的意思。

对齐不清楚：alignof返回“cppreference”，但什么是“对齐”？要为下一个要对齐的块添加的字节数？填充大小？Stack overflow /博客条目也不清楚。

有人能解释清楚alignof和alignas吗？

Answer 1

对齐是对一个值的第一个字节可以存储的内存位置的限制。(需要提高处理器的性能，并允许使用仅处理具有特定对齐的数据的特定指令，例如，SSE需要对齐到16字节，而AVX需要对齐到32字节。)

对齐16意味着存储器地址是16的倍数是唯一有效的地址。

alignas

强制对齐到所需的字节数。您只能对齐到2: 1，2，4，8，16，32，64,128的幂...

#include <cstdlib>
#include <iostream>

int main() {
    alignas(16) int a[4];
    alignas(1024) int b[4];
    printf("%p\n", a);
    printf("%p", b);
}

输出示例：

0xbfa493e0
0xbfa49000  // note how many more "zeros" now.
// binary equivalent
1011 1111 1010 0100 1001 0011 1110 0000
1011 1111 1010 0100 1001 0000 0000 0000 // every zero is just a extra power of 2

other关键字

alignof

是非常方便的，你不能做像这样的事情

int a[4];
assert(a % 16 == 0); // check if alignment is to 16 bytes: WRONG compiler error

但你能做到

assert(alignof(a) == 16);
assert(alignof(b) == 1024);

请注意，在现实中，这比简单的"%“(模数)运算更严格。事实上，我们知道对齐到1024字节的东西必须对齐到1，2，4，8个字节，但是

 assert(alignof(b) == 32); // fail.

因此，更准确地说，"alignof“返回2的最大幂，其中某物是对齐的。

此外，alignof也是提前知道基本数据类型的最小对齐要求的好方法(对于字符，它可能会返回1，对于浮点数等，它可能会返回4)。

仍然合法：

alignas(alignof(float)) float SqDistance;

对齐为16的然后将被放置在下一个可用地址上，该地址是16的倍数(可能存在来自上次使用的地址的隐式填充)。

Answer 2

对齐不是填充(尽管有时会引入填充来满足对齐要求)。它是C++类型的固有属性。将其放入标准文本(3.11[basic.align])

对象类型具有对齐要求(3.9.1、3.9.2)，这些要求对可分配该类型的对象的地址进行了限制。对齐是实现定义的整数值，表示可以分配给定对象的连续地址之间的字节数。对象类型对该类型的每个对象都施加了对齐要求；可以使用对齐说明符(7.6.2)请求更严格的对齐。

Answer 3

每种类型都有对齐要求。通常，这是因为可以有效地访问该类型的变量，而不必使CPU为了访问该数据类型的任何给定成员而生成多于一次的读/写访问。此外，它还确保有效地复制整个变量。alignof将返回给定类型的对齐要求。

alignas用于强制数据类型对齐(只要它不像alignof所说的数据类型返回的那样严格)