如何判断内存是否对齐？

Question

我是使用 SSE/SSE2 指令优化代码的新手，直到现在我还没有走得太远。据我所知，一个常见的 SSE 优化函数如下所示：

void sse_func(const float* const ptr, int len){
    if( ptr is aligned )
    {
        for( ... ){
            // unroll loop by 4 or 2 elements
        }
        for( ....){
            // handle the rest
            // (non-optimized code)
        }
    } else {
        for( ....){
            // regular C code to handle non-aligned memory
        }
    }
}

但是，我如何正确确定 ptr 指向的内存是否通过例如对齐16 字节？我认为我必须包含非对齐内存的常规 C 代码路径，因为我无法确保传递给此函数的每个内存都将对齐。并且使用内部函数将数据从未对齐的内存加载到 SSE 寄存器似乎非常慢（甚至比常规 C 代码慢）。

提前谢谢你...

Answer 1

#define is_aligned(POINTER, BYTE_COUNT) \
    (((uintptr_t)(const void *)(POINTER)) % (BYTE_COUNT) == 0)

强制转换为void *（或等价的char *）是必要的，因为标准只保证void * 的可逆转换为uintptr_t。

如果您想要类型安全，请考虑使用内联函数：

static inline _Bool is_aligned(const void *restrict pointer, size_t byte_count)
{ return (uintptr_t)pointer % byte_count == 0; }

如果byte_count 是编译时常量，则希望编译器优化。

为什么我们需要转换为void *？

C 语言允许对不同的指针类型进行不同的表示，例如，您可以有一个 64 位 void * 类型（整个地址空间）和一个 32 位 foo * 类型（一个段）。

转换foo * -> void * 可能涉及实际计算，例如添加偏移量。该标准还让实现将（任意）指针转换为整数时会发生什么，但我怀疑它通常被实现为 noop。

对于这样的实现，foo * -> uintptr_t -> foo * 可以工作，但 foo * -> uintptr_t -> void * 和 void * -> uintptr_t -> @ 987654341@ 不会。对齐计算也不会可靠地工作，因为您只检查相对于段偏移的对齐，这可能是也可能不是您想要的。

结论：始终使用void * 来获得独立于实现的行为。

Answer 2

编辑：转换为long 是一种廉价的方法来保护自己免受当今最有可能出现的 int 和指针大小不同的可能性。

正如下面的 cmets 所指出的，如果您愿意包含标头，还有更好的解决方案...

当 ((unsigned long)p & 15) == 0 时，指针 p 在 16 字节边界上对齐。

Answer 3

其他答案建议设置低位并与零进行比较的 AND 操作。

但更直接的测试是使用所需的对齐值进行 MOD，并与零进行比较。

#define ALIGNMENT_VALUE     16u

if (((uintptr_t)ptr % ALIGNMENT_VALUE) == 0)
{
    // ptr is aligned
}

Answer 4

使用类似的函数模板

#include <type_traits>

template< typename T >
bool is_aligned(T* p){
    return !(reinterpret_cast<uintptr_t>(p) % std::alignment_of<T>::value);
}

您可以通过调用类似的方法在运行时检查对齐情况

struct foo_type{ int bar; }foo;
assert(is_aligned(&foo)); // passes

要检查错误对齐是否失败，您可以这样做

// would almost certainly fail
assert(is_aligned((foo_type*)(1 + (uintptr_t)(&foo)));

Answer 5

这基本上就是我正在使用的。通过将整数作为模板，我确保它的编译时间得到了扩展，因此无论我做什么我都不会以缓慢的模运算结束。

我总是喜欢检查我的输入，因此编译时断言。如果你的对齐值是错误的，那么它就不会编译...

template <unsigned int alignment>
struct IsAligned
{
    static_assert((alignment & (alignment - 1)) == 0, "Alignment must be a power of 2");

    static inline bool Value(const void * ptr)
    {
        return (((uintptr_t)ptr) & (alignment - 1)) == 0;
    }
};

要查看发生了什么，您可以使用以下命令：

// 1 of them is aligned...
int* ptr = new int[8];
for (int i = 0; i < 8; ++i)
    std::cout << IsAligned<32>::Value(ptr + i) << std::endl;

// Should give '1'
int* ptr2 = (int*)_aligned_malloc(32, 32);
std::cout << IsAligned<32>::Value(ptr2) << std::endl;

Answer 6

交给专业人士吧，

https://www.boost.org/doc/libs/1_65_1/doc/html/align/reference.html#align.reference.functions.is_aligned

bool is_aligned(const void* ptr, std::size_t alignment) noexcept; 

示例：

        char D[1];
        assert( boost::alignment::is_aligned(&D[0], alignof(double)) ); //  might fail, sometimes

Answer 7

你能用 0x03（在 4 秒对齐）、0x07（在 8 秒对齐）或 0x0f（在 16 秒对齐）“和”ptr，看看是否设置了最低位吗？

Answer 8

怎么样：

void *mem = malloc(1024+15); 
void *ptr =( (*(char*)mem) - (*(char *)mem % 16) );