如果 T 对齐， std::vector<T> 也对齐？

Question

我正在浏览一些新的 C++14 功能，aligned_storage 引起了我的注意，在讨论了并发性、局部性和数据结构对齐之后，我想到了一个事实，即分配给std::vector 保证在内存中是连续的，但这并不一定意味着向量本身被有效打包，或者更好的说法是，您关心的数据被有效对齐，可能有额外的东西有关该数据结构的信息，这些信息不一定对计算有用，并且可能会干扰您的数据。

所以我问，如果我有一个 class T 并且我知道 T 是按照我喜欢的方式对齐和打包的，那么 std::vector<T> 是否也可以缓存友好并在管道中对齐？

我的问题涉及 C++11 和 C++14，并且仅与数据结构布局有关，我不考虑与缓存行组织相关的其他问题，例如错误共享，或与事情如何获取相关的其他问题获取、加载和执行。

我知道这听起来很傻，但我只是怀疑。

Answer 1

C++ 默认分配器需要为任何所谓的标准类型正确对齐结构，并且在结构末尾自动添加的填充（通过sizeof() 可见）通常有助于在连续分配中实现这一点。强>

struct C {
  uint8_t  a; // followed by 7B of invisible padding to naturally align b
  uint64_t b;
  uint32_t c;
  uint8_t  d; // followed by 3B padding for C (natural alignment of 8B due to b)
};
// sizeof(C) = 24B, alignof(C) = 8B

struct D {
  uint8_t  a; // followed by 3B padding for b
  uint32_t b;
  uint8_t  c; // followed by 3B padding for D (natural alignment of 4B due to b)
};
// sizeof(D) = 12B, alignof(D) = 4B

struct E {
  __m256 v; // SSE/AVX intrinsics handle natural alignment properly too
  char v2;
};
// sizeof(E) = 64B, alignof(E) = 32B

在大多数情况下，这已经足够了，但是如果你正在做花哨的转换技巧或需要 64B 缓存行对齐等，你可以使用alignas()，前提是你使用的是 C++11 或更新版本。这也部分地通过填充结构的末尾来工作：

struct alignas(64) F {
  double stuff[3];
};
// sizeof(F) = 64B, alignof(F) = 64B

void foo() {
  F f[4];
  // these addresses separated by (and even multiples of) 0x40 bytes:
  cout << &f[0] << " " << &f[1] << " " << &f[2] << endl;
}

如果您需要一个大块对齐，例如 4 kiB 页面边界，请使用 std::aligned_storage<T>。但是一般情况下，您只能靠自己安置new，而失去std::vector<> 为您做所有事情的便利。