如何为类的某些成员强制执行 16 字节对齐？

Question

假设我有类似的东西：

class C
{
private:
    __m128i m0;
    __m128i m1;
    __m128i cm0;

    int s0;

...

}

这可能会导致问题，因为不能保证 m0、m1 和 cm0 是 16 字节对齐的，允许与对齐相关的访问冲突。如果我绝对想拥有可以保证对齐的私有 simd 类成员，我应该怎么做？

编辑：特别是在我的情况下，我正在使用具有 __m128i 成员（除了 32 位和 64 位整数之外）的类的 std::vector。是否可以强制我的类成员在 16 字节内对齐一个 std::vector？

Answer 1

这是我发现的一种解决方法，可以解决我自己的问题。

我做了两件事：

最初，我一直在使用类似的东西：

std::vector<C> myVector(mySize);

我选择这样做：

C* myVector = _aligned_malloc(sizeof(C) * mySize, 16);

其次，我在 C 类中添加了一些可变填充，使其以字节为单位的大小将是 16 的倍数。我不热衷于浪费的空间，所以我将来可能会重新设计（可能是一个块） simd 变量的内存和其他变量的单独块）。

Answer 2

如果您不介意浪费一点 RAM，您可以创建一个对齐的_holder 包装类，以保证它所包含的对象将与您指定的任何对齐边界对齐。 （注意浪费的RAM量等于指定的对齐边界）

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
#include <stdint.h>
#include <new>

// Makes sure that its held object is always aligned to the specified alignment-value,
// at the cost of using up some extra RAM.
template<class T, int AlignTo=16> class aligned_holder
{
public:
   aligned_holder()
   {
      new (getAlignedPointer()) T();
   }

   ~aligned_holder()
   {
      getAlignedObject().~T();
   }

   T & getAlignedObject() {return *reinterpret_cast<T*>(getAlignedPointer());}
   const T & getAlignedObjectConst() const {return *reinterpret_cast<const T*>(getAlignedPointerConst());}

private:
   char * getAlignedPointer()
   {
      const ptrdiff_t offset = intptr_t(_buf)%AlignTo;
      return &_buf[(intptr_t)(AlignTo-offset)];
   }

   const char * getAlignedPointerConst() const
   {
      const ptrdiff_t offset = intptr_t(_buf)%AlignTo;
      return &_buf[(intptr_t)(AlignTo-offset)];
   }

   char _buf[AlignTo+sizeof(T)];
};

...和一个单元测试，以（希望）验证我没有搞砸示例：

class IWannaBeAligned
{
public:
   IWannaBeAligned()
   {
      const intptr_t iThis = (intptr_t)(this);
      if ((iThis % 16) != 0) printf("Error!  object %p is not 16-byte aligned!  (offset=%ld)\n", this, iThis%16);
                        else printf("Good, object %p is 16-byte aligned.\n", this);
   }

   ~IWannaBeAligned()
   {
      printf("Deleting object %p\n", this);
   }

   char buf[32];  // just to give it a more realistic object size than one byte
};

int main()
{
   {
      printf("First, let's try it without the aligned_holder:\n");
      IWannaBeAligned notAligned;
   }

   printf("\n");

   {
      printf("Now, we'll try it with the aligned_holder:\n");
      aligned_holder<IWannaBeAligned> isAligned;
   }

   return 0;
}

Answer 3

在 C++11 中，您可以使用 alignas。正如该页面上的示例所示，您的代码可以这样编写：

class alignas(16) C
{
private:
    __m128i m0;
    __m128i m1;
    __m128i cm0;

    int s0;

...

}