Căn chỉnh bộ nhớ: làm thế nào để sử dụng alignof / alignas?

Tôi làm việc với bộ nhớ được chia sẻ ngay bây giờ.

Tôi không thể hiểu alignofvà alignas.

cppreference không rõ ràng: alignoftrả về "alignment" nhưng "alignment" là gì? số byte cần thêm để khối tiếp theo được căn chỉnh? kích thước đệm? Stack tràn / các mục blog cũng không rõ ràng.

Ai đó có thể giải thích rõ ràng alignofvà alignas?

Căn chỉnh là một hạn chế về vị trí bộ nhớ mà byte đầu tiên của giá trị có thể được lưu trữ. (Cần phải cải thiện hiệu suất trên bộ xử lý và cho phép sử dụng một số hướng dẫn chỉ hoạt động trên dữ liệu có căn chỉnh cụ thể, ví dụ: SSE cần được căn chỉnh thành 16 byte, trong khi AVX là 32 byte.)

Căn 16 có nghĩa là địa chỉ bộ nhớ là bội số của 16 là địa chỉ hợp lệ duy nhất.

alignas

buộc căn chỉnh đến số byte yêu cầu. Bạn chỉ có thể căn chỉnh theo lũy thừa của 2: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, ...

#include <cstdlib>
#include <iostream>

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

đầu ra ví dụ:

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

từ khóa khác

alignof

rất thuận tiện, bạn không thể làm điều gì đó như

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

nhưng bạn có thể làm

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

lưu ý rằng trong thực tế, điều này nghiêm ngặt hơn một hoạt động đơn giản "%" (modulus). Trên thực tế, chúng tôi biết rằng thứ gì đó được căn chỉnh đến 1024 byte nhất thiết phải được căn chỉnh thành 1, 2, 4, 8 byte nhưng

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

Vì vậy, chính xác hơn, "alignof" trả về sức mạnh lớn nhất của 2 để điều gì đó được căn chỉnh.

Ngoài ra alignof là một cách hay để biết trước yêu cầu căn chỉnh tối thiểu cho các kiểu dữ liệu cơ bản (nó có thể sẽ trả về 1 cho ký tự, 4 cho float, v.v.).

Vẫn hợp pháp:

alignas(alignof(float)) float SqDistance;

Một thứ gì đó có căn chỉnh là 16 sau đó sẽ được đặt trên địa chỉ có sẵn tiếp theo là bội số của 16 (có thể có một phần đệm ẩn từ địa chỉ được sử dụng gần đây nhất).

Căn chỉnh không phải là đệm (mặc dù đệm đôi khi được giới thiệu để đáp ứng các yêu cầu về căn chỉnh). Nó là một thuộc tính intrisic của kiểu C ++. Để đặt nó trong standardese ( 3.11[basic.align])

Các kiểu đối tượng có các yêu cầu về căn chỉnh (3.9.1, 3.9.2) đặt ra các hạn chế đối với các địa chỉ mà tại đó đối tượng của kiểu đó có thể được cấp phát. Căn chỉnh là một giá trị số nguyên do triển khai xác định đại diện cho số byte giữa các địa chỉ liên tiếp mà tại đó một đối tượng nhất định có thể được cấp phát. Một kiểu đối tượng đặt ra yêu cầu căn chỉnh cho mọi đối tượng của kiểu đó; có thể yêu cầu căn chỉnh chặt chẽ hơn bằng cách sử dụng công cụ căn chỉnh (7.6.2).

Mỗi loại có một yêu cầu căn chỉnh. Nói chung, điều này là để các biến của kiểu có thể được truy cập một cách hiệu quả mà không cần phải khiến CPU tạo ra nhiều hơn một quyền truy cập đọc / ghi để tiếp cận bất kỳ thành viên nhất định nào của kiểu dữ liệu. Hơn nữa, nó cũng đảm bảo sao chép hiệu quả toàn bộ biến. alignofsẽ trả về yêu cầu căn chỉnh cho kiểu đã cho.

alignasđược sử dụng để buộc một căn chỉnh trên một kiểu dữ liệu (miễn là nó không ít nghiêm ngặt hơn rằng alignofkiểu dữ liệu đã nói sẽ trả về)

Căn chỉnh là một thuộc tính liên quan đến địa chỉ bộ nhớ. Chúng ta có thể nói đơn giản hơn là nếu một địa chỉ X được liên kết với Z thì x là bội số của Z, đó là X = Zn + 0. Ở đây điều quan trọng là Z luôn là lũy thừa của 2.

Căn chỉnh là một thuộc tính của địa chỉ bộ nhớ, được biểu thị bằng môđun địa chỉ số có lũy thừa là 2. Ví dụ: địa chỉ 0x0001103F modulo 4 là 3. Địa chỉ đó được cho là được căn chỉnh thành 4n + 3, trong đó 4 cho biết sức mạnh đã chọn của 2. Sự liên kết của một địa chỉ phụ thuộc vào công suất được chọn của 2. Mô-đun địa chỉ tương tự 8 là 7. Một địa chỉ được cho là được căn chỉnh thành X nếu sự liên kết của nó là Xn + 0.

Câu lệnh trên được tìm thấy trên tham chiếu microsoft c ++.

Nếu một mục dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ với một địa chỉ được căn chỉnh theo kích thước của nó, thì mục dữ liệu đó được cho là đã căn chỉnh tự nhiên , nếu không sẽ bị lệch. Ví dụ: nếu một biến số nguyên có kích thước 4 byte được lưu trữ trong một địa chỉ được căn chỉnh thành 4, thì chúng ta có thể nói rằng biến đó được căn chỉnh tự nhiên, đó là địa chỉ của biến đó phải là bội số của 4.

Các trình biên dịch luôn cố gắng tránh sai lệch. Đối với các kiểu dữ liệu đơn giản, các địa chỉ được chọn sao cho nó là bội số của kích thước của biến tính bằng byte. Trình biên dịch cũng phù hợp trong trường hợp cấu trúc để liên kết và truy cập tự nhiên. Ở đây cấu trúc sẽ được căn chỉnh theo kích thước tối đa của các mục dữ liệu khác nhau trong cấu trúc. Ví dụ:

    struct abc
   {
        int a;
        char b;
   };

Ở đây cấu trúc abc được căn chỉnh thành 4 là kích thước của thành viên int rõ ràng là lớn hơn 1 byte (kích thước của thành viên char).

alignas

Bộ chỉ định này được sử dụng để căn chỉnh các kiểu do người dùng xác định như cấu trúc, lớp, v.v. thành một giá trị cụ thể là lũy thừa của 2.

alignof

Đây là một loại toán tử để lấy giá trị mà cấu trúc hoặc loại lớp được căn chỉnh. ví dụ:

#include <iostream>
struct alignas(16) Bar
{
    int i; // 4 bytes
    int n; // 4 bytes
    short s; // 2 bytes
};
int main()
{
    std::cout << alignof(Bar) << std::endl; // output: 16
}