使用大量静态变量和模板元编程C++的缓存效率

Question

假设我有下面的C++代码

template <int Id>
struct Foo {
    static inline int x {};
};

int main() {
    using T0 = Foo<0>;
    using T1 = Foo<1>;
    ...
    using T999 = Foo<999>;
    // Do some stuff with the various x's at runtime
    int result = T0::x + T1::x + ... + T999::x;
}

现在检查最后一行中的总和。是否可以保证各种静态 x 将连续存储在内存中，并且该总和将在缓存方面有效？或者一般来说，我们应该假设静态变量只是以某种随机顺序存储在随机位置，这种方式不会提高缓存效率。

如果是前者，是不是因为using语句是按顺序出现的？模板实例化是因为存在 using 语句而发生还是模板实际上必须被使用（在这种情况下它们可能按使用顺序存储）？

在后者的情况下，使用大小为 1000 的元组并且每个 Foo::x 使用该元组中的第 n 个索引作为其变量可以解决该问题吗？

Answer 1

虽然可能会出现连续分配的情况，但实际上并不能保证。最好创建一个数组并创建常量索引来引用特定片段，例如

const variable7_ind = 7

，然后使用

T[variable7_ind]

代替

T7

。

Answer 2

代码是

#include <iostream>

template <int Idx>
struct Foo {
  static inline int x{};
};

template <int Idx>
struct Bar {
  static inline int x{};
};

int main() {
  using A = Foo<0>;
  using B = Foo<1>;
  using C = Foo<2>;
  using D = Bar<0>;
  std::cout << &B::x << std::endl;
  std::cout << &C::x << std::endl;
  std::cout << &D::x << std::endl;
  std::cout << &A::x << std::endl;
}

我的系统是：

Homebrew clang version 17.0.6
Target: arm64-apple-darwin22.1.0
Thread model: posix

输出是

0x100dc4000
0x100dc4004
0x100dc4008
0x100dc400c

由此我们可以得出结论，只要

// Do some stuff with the various x's at runtime

按顺序使用不同的 x，因为这与它们存储在内存中的顺序相同。它基于使用顺序而不是

using

语句

的顺序