我需要在 C++ 中对齐吗？答案

【问题标题】：Do I need alignment in C++?我需要在 C++ 中对齐吗？
【发布时间】：2018-08-24 06:24:13
【问题描述】：

我相信我会的。由于对齐，矩阵库 Eigen3 可能比我自己的任何矩阵实现都快得多。

我最近开始研究使用 C++ 进行对齐。我偶然发现了 alignas 和 alignof 函数，并决定做一些测试。

我的第一个发现是结构的成员会自动对齐。我们以下面的结构体为例：

struct MyStruct
{
    char m_c; // 1 byte
    double m_x; // 8 bytes
};

并与这个比较：

struct MyAlignedStruct
{
    char m_c; // 1 byte
    alignas(8) double m_x; // 8 bytes
};

我使用 alignas 而不是添加填充成员 (char[7])，根据我的理解，这是等效的。

现在，两个结构的内存查看器显示如下：

62 00 00 00 8e a8 79 35 00 00 00 00 00 00 10 40 // MyStruct
62 ff ff ff 24 00 00 00 00 00 00 00 00 00 10 40 // MyAlignedStruct

第一个字节对应一个字符（'b'）。使用 Mystruct 时，接下来的 7 个字节用 something 填充，最后 8 个字节代表 double。使用 MyAlignedStruct 时，会发生非常相似的情况。 sizeof() 函数为两个结构返回 16 个字节（我希望 MyStruct 为 9 个字节）。

所以我的第一个问题来了：如果编译器自己对齐，为什么我需要对齐？

我的第二个发现是 alignas(..) 不会加快我的程序。我的实验如下。想象一下下面的简单结构：

struct Point
{
    double m_x, m_y, m_z;
};

如果我用该结构的实例填充向量，并假设第一个实例是 32 字节对齐的，则每个结构将占用 24 字节，并且字节序列将不再是 32 字节对齐。老实说，我不确定如何通过对齐来提高速度，否则，我很可能不会在这里写。尽管如此，我还是使用了 alignas 来获得以下结构：

alignas(32) struct Point
{
    double m_x, m_y, m_z;
};

现在，Point 的连续实例将从 32 字节的倍数开始。我测试了这两个版本：在用结构实例填充一个巨大的向量后，我将所有双精度数相加并记录时间。我发现 32 字节对齐的结构和另一个之间没有区别。

所以我的第二个问题与我的第一个问题相同：为什么需要对齐？

【问题讨论】：

简单的答案是通常你不需要，但如果你绝对需要使用原始内存和外来数据结构，那么你可能会发现 alignas 很有用。 alignas 帮助的大多数事情以前都是可能的，但需要付出努力。一个常见的例子是 Struct* s = new (new alignas(Struct) char [ sizeof(Struct)]) Struct，但你必须需要在原始内存中构造对象。

标签： c++ c++11 alignment alignas

【解决方案1】：

如果编译器自己对齐，为什么还需要 alignas？

我想到了几个原因：

编译器可能被配置为打包结构，如下所述：

Force C++ structure to pack tightly

但您希望某些特定结构具有对齐的成员
您想要超出类型要求的对齐方式，例如
```
alignas(1024) struct MyStruct
{
    char m_c; // 1 byte
    alignas(32) double m_x; // 8 bytes
};
```
这可能是由于硬件限制，例如你有一张可以以 1024 页分辨率从内存中抓取内容的卡；然后，在该卡上，以 32 字节为单位进行数据访问。该示例将满足这些要求，而不必插入虚拟字段。
键入双关语/切片：您可能会得到一个数组的地址：
```
struct s1
{
    char m_c;
    uint32_t m_d;
    char m_e;
};
```
但我实际上使用的是一个
```
struct s2
{
    char m_c;
    mystery_type_with_size_64_bits m_d;
    char m_e;
};
```
因此，即使您想将m_d 用作uint32_t，但您也需要正确使用m_e。

【讨论】：