C++放置新的类对齐(在SAMD21微控制器上)

Question

我正在开发一个运行在SAMD21微控制器上的应用程序。对于那些不熟悉SAMD21的人，它包含一个ARM Cortex-M0+处理器。我所使用的具体型号有32 kB的内存。我的应用程序运行到了32 kB的极限，所以我一直在优化内存使用的代码。

我一直在做的一个优化就是减少堆碎片。例如，我可能有这样一个场景：

A *my_obj = new A();
B *my_second_obj = new B();
delete A;
C *my_third_obj = new C();

在上面的示例中，当实例化my_third_obj时，内存分配程序可能尝试将其放置在my_obj最初使用的空位置中。但是，如果my_third_obj不适合这个位置，那么内存分配程序只需在堆的顶部分配更多的空间并移动堆指针。这将在my_obj所在的位置留下一个“漏洞”(稍后可能被其他对象填充)，但这会创建堆碎片。

在我的特定应用程序中，我确定在任何时候我都只需要A、B或C类的一个活动实例。正因为如此，我正在考虑创建一个内存块，它保存了所有这些类的当前实例，并且简单地使内存块与最大的类一样大，这样它就可以容纳任何一个类。这将减少堆碎片，因为内存中总是有一个特定的位置，我将在其中分配这些特定的类。

下面是我所想的一个简单的例子：

uint32_t max_size = sizeof(A);
max_size = (sizeof(B) > max_size) ? sizeof(B) : max_size;
max_size = (sizeof(C) > max_size) ? sizeof(C) : max_size;
uint8_t *buffer = new uint8_t[max_size];

//Some time later in the program...
C *my_obj = new(buffer) C();

//Some time later in the program...
my_obj->~C();
my_obj = NULL;
memset(buffer, 0, sizeof(max_size));
B *my_other_obj = new(buffer) B();

在我以前编写的代码中，我从未真正使用过放置新的，但我认为它在我当前的情况下是有用的。这里我的主要问题是:考虑到我所描述的示例，是否需要以任何方式修改代码以处理对齐问题？类A、B和C都有不同的成员变量和不同的大小。这段代码只是“工作”，还是我需要做一些特殊的事情来处理内存对齐？

谢谢!

Answer 1

，我需要以任何方式修改代码来处理对齐问题吗？

是。

，我需要做什么特殊的事情来处理内存对齐吗？

是。

uint8_t概念上表示一个8位的无符号整数。使用char或unsigned char表示1字节。

无论如何，使用operator new与大小和对齐：

auto maxsize = max_of_3(sizeof(A), sizeof(B), sizeof(C)),
auto neededalign = std::align_val_t(max_of_3(alignof(A), alignof(B), alignof(C));
void *buffer = operator new(maxsize, neededalign);

或静态地：

std::aligned_storage<
    max_of_3(sizeof(A), sizeof(B), sizeof(C)),
    max_of_3(alignof(A), alignof(B), alignof(C))> buffer;
A *stuff = new(buffer.data) A;

Answer 2

可以保证从malloc获得的缓冲区对于任何基本类型都正确对齐，但我不确定从new获得的指针是否正确，因此我更倾向于：

uint8_t *buffer = malloc(max_size);   // delete it later with free

但是，您甚至可以通过使用alignas构建自定义缓冲区来消除任何动态分配。

// only required for C++11, starting from C++14, std::max is constepr
constexpr size_t max3(size_t i, size_t j, size_t k) {
    uint32_t max_size = i;
    max_size = (i > j) ? i : j;
    max_size = (k > max_size) ? k : max_size;
    return max_size;
}

// declare a custom struct with required size and alignment
struct alignas(max3(alignof(A), alignof(B), alignof(C))) Buffer {
    char buffer[max3(alignof(A), alignof(B), alignof(C))];
};

// build a statically allocated buffer of correct size and alignment
Buffer buffer;

从那时起，您可以安全地在buffer中构造一个对象，当然，在重用内存之前可以解释地销毁它。