alignof 和 alignas C++ 关键字的实际用例

Question

我刚刚了解了 alignof 和 alignas C++ 关键字，但我想不出任何开发人员想要使用这些关键字的实际案例。

有人知道这些关键字的任何实际用例吗？

Answer 1

根据我的经验的实际用例：

• 为嵌入式系统中的网络数据包编写专门的分配器
• 解决嵌入式系统专用 CPU 中的错误
• 关于缓存使用的性能优化
• 将 C++ 对象的一部分提供到需要具体对齐的 C 库中

Answer 2

alignas 说明符的一个常见用例是，您希望通过队列（例如，事件或任务队列）在不同线程之间传递多个对象，同时避免使用 false sharing。当多个线程实际访问不同的对象时，它们会竞争相同的缓存行，从而导致错误共享。由于性能下降，这通常是不可取的。

例如——假设缓存行大小为64字节——给定以下Event类：

struct Event {
   int event_type_;
};

Event 的对齐方式将对应于其数据成员 event_type_ 的对齐方式。假设int 的对齐是4 个字节（即alignof(int) 计算结果为4），则最多16 Event对象可以放入单个缓存行。所以，如果你有这样的队列：

std::queue<Event> eventQueue;

如果一个线程将事件推送到队列的后面，而另一个线程从前面拉事件，我们可能会让两个线程竞争同一个缓存行。但是，通过在Event 上正确使用alignas 说明符：

struct alignas(64) Event {
   int event_type_;
};

这样，Event 对象将始终在缓存行边界上对齐，以便缓存行最多包含一个Event 对象。因此，两个或多个线程在访问不同的Event 对象时永远不会竞争同一个缓存行（如果多个线程正在访问同一个Event 对象，它们显然会竞争同一个缓存行）。

Answer 3

指针上的备用内存：如果指向某个类型的指针由于该类型的对齐而总是以零结尾，那么那些总是为零的位可用于存储其他内容。示例：

class Small { Aligned * ptr; bool b; }; // suppose having many instances

在 64 位架构上至少需要 8+1 个字节，但可以通过仔细合并 ptr 和 bool 将其压缩为 8 个字节。在使用 ptr 之前，您必须对其进行位掩码，但这是一个非常快的指令。 这是内存和cpu之间的权衡。