在 C++ 中优化类实例的内存布局答案

【问题标题】：Optimizing memory layout of class instances in C++在 C++ 中优化类实例的内存布局
【发布时间】：2012-04-16 20:45:44
【问题描述】：

将应用程序从 32 位升级到 64 位会增加指针大小和对象的内存占用。

我正在寻找尽可能减少对象内存占用的方法。对于 POD 结构，我转储结构的内存布局，以找出如何打包成员并减少编译器填充。

有没有办法弄清楚非 POD 对象（例如类实例）的内存布局？我怎样才能实现类似于打包类对象的东西？

谢谢，丹

【问题讨论】：

【解决方案1】：

您可以使用 GCC 的 -Wpadded 通知您添加填充的位置，然后根据该信息重新排序，在某些情况下会减小大小。

强制打包数据对于内存中的表示来说不是一个好主意。

【讨论】：

【解决方案2】：

我不知道特定的非 POD 对象数据（即 vtable），尽管我认为这是由指针大小决定的。无论如何，您可以使用GCC 和Visual Studio 都支持的编译器指令#pragma pack 来控制成员的对齐方式。

你也可以在精彩Agner Fog C++ optimize guide上阅读第7.18段：

类或结构的数据成员按它们的顺序连续存储每当创建类或结构的实例时都会声明。没有将数据组织成类或结构的性能损失。访问数据类或结构对象的成员只需要访问一个简单变量的时间。大多数编译器会将数据成员与舍入地址对齐以优化访问

【讨论】：

【解决方案3】：

经验法则：从大到小；当元素大小是 2 的幂时，这可以提供完美的对齐，否则，可以进行手动优化。

请注意，正确的对齐通常对速度至关重要，即使 CPU 从违规中恢复。虽然 x86 和 (AFAIK) x64 CPU 的手动未对齐访问在内部使用第二次读取，但未对齐读取“浪费”的时间通常远大于由于较小的工作集而节省的时间。因此，仅当您在多个 CPU 上运行比较时，我才会“紧密打包”。

对于非 POD，您必须检查 sizeof(element)。
（如果有大量对象，我可能会使用生成 C++ 的简单解析器来转储这些大小）

或者，PVS-Studio 可以分析结构大小并提供重新排序建议。我还没有考虑太多，但是您可以使用 eval 来确定它是否适合您。

【讨论】：

重新排序成员并不是一个简单的选择，因为有很多编码器/解码器和其他 RPC 东西，这总是令人头疼的问题。此外，对于 IO 绑定的应用程序，cpu 性能并不重要。我更喜欢打包和松散 CPU，而不是获得性能和松散内存——特别是对于这种类型的 IO 绑定应用程序。

【解决方案4】：

关于非 POD 对象，我认为您应该阅读更多有关 vTable、虚函数、虚继承的内容，以了解哪些事物会影响类或对象的大小。实际上，产生填充的类对齐，类成员对齐只是影响类大小的因素之一。

这里有一些相关的网站，我想对你有帮助。

而且，如果您使用 MVSC，您可以使用 -d1reportAllClassLayout 转储解决方案中所有类的所有内存布局，如下所示：

cl -d1reportAllClassLayout main.cpp

【讨论】：