alignas和alignof关键字有什么用？

Question

我无法理解

alignas

和

alignof

关键字的用途，并且我不太确定我完全理解什么是对齐。

据我了解，如果内存地址可被n整除，则它与n个字节对齐，也就是说，可以通过一次计算“n”个字节来获得它（从0？或某个默认值？）。此外，在变量声明前面添加

alignas

关键字时，指定存储变量的地址如何对齐，而

alignof

返回变量的地址如何对齐。

但是，我不确定这是对对齐或

alignof

/

alignas

关键字的正确理解 - 请纠正我的任何错误点。我也不明白这些关键字有什么用，所以如果有人能指出他们的目的是什么，我将不胜感激。

Answer 1

一些特殊类型必须以比平常更多的字节对齐 - 例如，矩阵必须在 x86 上以 16 字节对齐，才能最有效地复制到 GPU。 SSE 向量类型也可以这样表现。因此，如果您想创建容器类型，那么您必须知道您要包含或分配的类型的对齐要求。

Answer 2

据我了解，如果内存地址可以被n整除，则它与n个字节对齐，也就是说，可以通过一次计算“n”个字节来获得它（从0？或某个默认值？）。

是的，它通常等于 0，因为它是硬件对齐，类似于（旧）硬盘柱面的对齐（请参阅柱面磁头扇区）。好吧，我不确定我对圆柱体的看法是否正确；我对硬件不感兴趣。

我从未使用过

alignas

，但显然它对于优化与某些硬件的交互很有用。例如，虽然它不是针对 RAM 的，但在

gcc

的手册页中，您可以看到

-falign-*

优化选项，并解释了它们的用途：对齐输出中的一些代码，以便 CPU 可以一次获取更多指令.

对于常见的标量类型，通常会让

sizeof(your_type)

等于

alignof(your_type)

，这是为了优化。但对于复合类型（数组或结构体），该值会有所不同，通常等于成员之一所需的最大对齐。

不考虑比 RAM 更多的硬件，这对于某些通用接口可能很有用。当然，像

malloc()

这样的分配函数总是给你一个对任何类型都方便的地址，也就是说，与

max_align_t

对齐，它的

alignof

通常为16（根据

long double

的要求）。但今年，我参与了一个项目，该项目仅使用一个

malloc()

来分配矩阵 和指向矩阵每一行的 指针，在同一个块中，例如对于类型为

int * *

的变量。因此，该块应首先包含

int *

指针的空间，然后包含

int

值的空间。因为（在普通系统上）

alignof(int *) % alignof(int) == 0

，这种情况下是没有问题的。但在 32 位架构上，例如，它会因

double

或

int64_t

而失败，因为指针是 4 字节长，并且值需要 8 对齐。因此必须使用

alignof

来确定正确的值。开始为值（当然，填充必须添加到分配的大小中）。就我而言，这还没有完成，这不是问题，因为该程序仅在 64 位架构上进行了测试，并且没有使用

long double

或类似的东西。但我已经修复了，所以程序肯定可以在32位机器上运行。

alignof

的一个更有趣的用途可以是：定义用于处理泛型类型的泛型函数，例如泛型链表，就像我在当前正在开发的一个小型宏库中所做的那样。像往常一样，它使用一个包含项目数据和指向下一个项目的指针的结构。宏允许轻松定义任何类型的链表类型，然后处理此类列表的函数是宏，它调用采用

void *

指针以及对齐和大小信息的函数。您可以在此处 (.h) 和 此处 (.c) 查看代码。头文件中的代码可能有点恶心，但这就是为 C 制作强大 API 的代价。here提供了一个使用示例 - 请注意，它使用后缀为

T

的 C99 兼容宏，其中需要一直指定类型，我还没有为较新的宏编写测试（它使用 C23 的

typeof

，它长期以来一直是 GNU 扩展）。