Xác định căn chỉnh tối đa có thể có trong C++

Question

Có cách nào di động cách để xác định căn chỉnh tối đa có thể cho loại nào không? Ví dụ trên x86, hướng dẫn SSE yêu cầu căn chỉnh 16 byte, nhưng theo như tôi biết, không có hướng dẫn nào đòi hỏi nhiều hơn thế, vì vậy bất kỳ loại nào có thể được lưu trữ an toàn vào bộ đệm liên kết 16 byte.

Tôi cần phải tạo bộ đệm (chẳng hạn như mảng char), nơi tôi có thể viết các đối tượng thuộc loại tùy ý và vì vậy tôi cần có thể dựa vào đầu bộ đệm để căn chỉnh.

Nếu mọi thứ khác không thành công, tôi biết rằng phân bổ mảng char với new được đảm bảo có căn chỉnh tối đa, nhưng với các mẫu TR1/C++ 0x alignment_of và aligned_storage, tôi tự hỏi liệu có thể tạo bộ đệm tại chỗ trong lớp đệm của tôi, thay vì yêu cầu con trỏ thừa của một mảng được cấp động.

Ý tưởng?

Tôi nhận thấy có rất nhiều tùy chọn để xác định căn chỉnh tối đa cho một tập hợp các loại: Một công đoàn hoặc chỉ alignment_of từ TR1, nhưng vấn đề của tôi là tập hợp các loại không bị chặn. Tôi không biết trước các đối tượng nào phải được lưu vào bộ đệm.

Answer 1

Trong C++ 0x, các Align mẫu tham số của std::aligned_storage<Len, Align> có một đối số mặc định của "mặc định-alignment", được định nghĩa là (N3225 §20.7.6.6 Bảng 56):

Giá trị của căn chỉnh mặc định là yêu cầu căn chỉnh chặt chẽ nhất đối với bất kỳ loại đối tượng C++ nào có kích thước không lớn hơn Len.

Không rõ liệu các loại SSE có được coi là "loại đối tượng C++" hay không.

Đối số mặc định không phải là một phần của TR1 aligned_storage; nó đã được thêm vào cho C++ 0x.

Answer 2

Ngắn một số maximally_aligned_t loại tất cả trình biên dịch hứa sẽ trung thành để hỗ trợ cho tất cả kiến ​​trúc ở mọi nơi, tôi không thấy cách này có thể được giải quyết tại thời gian biên dịch. Như bạn nói, tập hợp các loại tiềm năng không bị chặn. Là con trỏ thêm thực sự là một thỏa thuận lớn?

Answer 3

Phân bổ bộ nhớ liên kết là phức tạp hơn so với nó trông - xem ví dụ Implementation of aligned memory allocation

Answer 4

Đáng tiếc là đảm bảo sự liên kết tối đa là khó khăn hơn rất nhiều so với nó phải được, và không có các giải pháp đảm bảo AFAIK. Từ GotW blog (Fast Pimpl article):

union max_align { 
    short  dummy0; 
    long  dummy1; 
    double  dummy2; 
    long double dummy3; 
    void*  dummy4; 
    /*...and pointers to functions, pointers to 
     member functions, pointers to member data, 
     pointers to classes, eye of newt, ...*/ 
}; 

union { 
    max_align m; 
    char x_[sizeofx]; 
}; 

này không đảm bảo được đầy đủ di động, nhưng trong thực tế nó là gần đủ bởi vì có rất ít hoặc không có trên hệ điều hành này sẽ không hoạt động là được mong đợi.

Đó là về 'hack' gần nhất mà tôi biết về điều này.

Có một cách tiếp cận khác mà tôi đã sử dụng cá nhân để phân bổ siêu nhanh. Lưu ý rằng nó là ác, nhưng tôi làm việc trong các lĩnh vực raytracing nơi tốc độ là một trong những biện pháp lớn nhất về chất lượng và chúng tôi hồ sơ mã trên cơ sở hàng ngày. Nó liên quan đến việc sử dụng một bộ cấp phát heap với bộ nhớ được cấp phát trước hoạt động giống như ngăn xếp cục bộ (chỉ cần tăng một con trỏ trên phân bổ và giảm một số trên deallocation).

Tôi sử dụng nó cho Pimpls đặc biệt. Tuy nhiên, chỉ có người cấp phát là không đủ; để một trình phân bổ như vậy hoạt động, chúng ta phải giả định rằng bộ nhớ cho một lớp, Foo, được cấp phát trong một hàm tạo, cùng một bộ nhớ tương tự như vậy được giải quyết chỉ trong destructor, và chính Foo đó được tạo trên stack. Để làm cho nó an toàn, tôi cần một hàm để xem liệu con trỏ 'này' của một lớp có nằm trong ngăn xếp cục bộ để xác định xem chúng ta có thể sử dụng trình phân bổ stack dựa trên đống siêu nhanh của chúng ta hay không.Để làm được điều đó, chúng tôi đã nghiên cứu các giải pháp dành riêng cho hệ điều hành: Tôi đã sử dụng TIBs và TEBs cho Win32/Win64 và đồng nghiệp của tôi đã tìm thấy giải pháp cho Linux và Mac OS X.

Kết quả sau một tuần nghiên cứu cụ thể cho OS phương pháp để phát hiện phạm vi ngăn xếp, yêu cầu căn chỉnh và thực hiện rất nhiều thử nghiệm và lược tả, là một trình cấp phát có thể cấp phát bộ nhớ trong 4 chu kỳ đồng hồ theo tiêu chí đánh dấu của chúng tôi so với khoảng 400 chu kỳ cho malloc/operator new (thử nghiệm của chúng tôi liên quan sự tranh chấp chủ đề để malloc có thể nhanh hơn một chút so với trường hợp đơn luồng, có lẽ là một vài trăm chu kỳ). Chúng tôi đã thêm một chồng đống chủ đề và phát hiện chuỗi nào đang được sử dụng để tăng thời gian lên khoảng 12 chu kỳ, mặc dù khách hàng có thể theo dõi trình phân bổ chuỗi để nhận được phân bổ 4 chu kỳ. Nó đã xóa sạch các điểm phân bổ bộ nhớ dựa trên bản đồ.

Trong khi bạn không phải trải qua tất cả những rắc rối đó, việc viết cấp phát nhanh có thể dễ dàng hơn và thường áp dụng hơn (ví dụ: cho phép số lượng bộ nhớ phân bổ/deallocate được xác định trong thời gian chạy) so với một số thứ như max_align đây. max_align rất dễ sử dụng, nhưng nếu bạn đang theo tốc độ phân bổ bộ nhớ (và giả sử bạn đã lược tả mã của mình và tìm thấy điểm nóng trong malloc/free/operator new/delete với những người đóng góp chính trong mã bạn có quyền kiểm soát) , viết phân bổ của riêng bạn thực sự có thể tạo sự khác biệt.

Answer 5

Đây là những gì tôi đang sử dụng. Thêm vào đó, nếu bạn đang cấp phát bộ nhớ thì mảng mảng mới() 'd có độ dài lớn hơn hoặc bằng max_alignment sẽ được căn chỉnh với max_alignment để bạn có thể sử dụng các chỉ mục vào mảng đó để lấy các địa chỉ liên kết.

enum { 
      max_alignment = boost::mpl::deref< 
       boost::mpl::max_element< 
         boost::mpl::vector< 
          boost::mpl::int_<boost::alignment_of<signed char>::value>::type, 
          boost::mpl::int_<boost::alignment_of<short int>::value>::type, 
          boost::mpl::int_<boost::alignment_of<int>::value>::type,        boost::mpl::int_<boost::alignment_of<long int>::value>::type, 
          boost::mpl::int_<boost::alignment_of<float>::value>::type, 
          boost::mpl::int_<boost::alignment_of<double>::value>::type, 
          boost::mpl::int_<boost::alignment_of<long double>::value>::type, 
          boost::mpl::int_<boost::alignment_of<void*>::value>::type 
         >::type 
        >::type 
       >::type::value 
      }; 
     } 

Answer 6

Trong C++ 11 std :: max_align_t được xác định trong tiêu đề cstddef là loại POD có yêu cầu căn chỉnh ít nhất là nghiêm ngặt (lớn) như của mọi loại vô hướng.

Sử dụng toán tử sắp xếp mới sẽ đơn giản như alignof(std::max_align_t)