如何使用 alignof 强制对齐堆分配？答案

【问题标题】：How use alignof to force alignment for a heap allocation?如何使用 alignof 强制对齐堆分配？
【发布时间】：2014-02-19 23:40:35
【问题描述】：

我想强制特定的堆分配返回一个 64 字节对齐的地址，因为那是缓存线边界。我以为我可以这样做

int *p = new alignas(64) int;

但我的编译器似乎都没有给 p 一个 64 倍数的地址。这是我正在检查的方式：

#include <iostream>

int main()
{
  int *p = new alignas(64) int;
  std::cout << long(p) % 64 << '\n';    // should print 0
}

我一定是做错了什么。但是什么？

【问题讨论】：

两件事：a) 对过度对齐类型的支持依赖于实现，b) 非常迂腐，您要检查的只是 转换后的值 是否可整除。就语言而言，除了通过新的对齐语言功能外，您没有“指针对齐”的概念。指针不是整数，它们只能与整数相互转换。
请注意，我不是在检查指针的对齐方式（即&p 的值），而是在检查它所指向的对齐方式。是的，我同意，我正在检查转换为 long 的指针的值，但是有没有更好的方法来查看我的对齐请求是否得到满足？
是的，新的语言功能非常丰富，可能有你需要的东西，例如std::align。在 C++11 之前，没有对齐内存的标准概念，这就是添加它的原因。您之前必须使用特定于平台的方法。
@KeithThompson：我没有将其打印为long，我正在对其进行算术运算以查看它是否是 64 的倍数。
我删除了我的评论。但如果可用，您可能应该转换为uintptr_t（在<cstdint> 中声明）。在某些实现中，int* 大于 long。

标签： c++ c++11 memory-alignment

【解决方案1】：

new 运算符为分配空间而调用的分配器“假定返回指向存储的指针，该指针针对具有基本对齐”（§3.7.4.1/2；引用来自 §5.3.4/11）。alignas(64) 可能不是您的编译器和环境的“基本对齐”，因此分配函数不需要尊重它。

注意分配函数只传递请求的空间量；它不知道正在请求什么对齐。因此，它无法调整其结果以适应特殊需要。

alignas 类型说明符设计用于处理静态和自动对象。对于这样的对象，如果它是基本的，则必须尊重所请求的对齐，并且在理想的世界中，如果编译器不能保证扩展对齐会得到尊重，它将产生错误消息。（不过，我不认为它有义务这样做；gcc 和 clang 都会生成可执行文件，如果请求大量堆栈对齐，则会出现段错误。）

【讨论】：

我刚刚用 g++ 4.8 进行了测试，没有任何东西对齐超过 8 个字节（无论如何这是标准的内存对齐）。因此，我看不到该关键字的用处！在 x86 上，有些寄存器需要 128 个字节对齐的内存（以及 64 个作为 OP 使用的），但不知何故，这对于该目的完全没用。太糟糕了。我什至尝试了一个结构和一个类，最终都错位了。如果它只适用于已经正确对齐的类型，那么没有必要添加到语言中！
@AlexisWilke：它是为堆栈分配的（自动）对象设计的。（即使在那里，它也不能保证工作，但如果编译器不能保证对齐，它应该提供编译时错误。）使用new 分配的所有对象都具有相同的对齐方式（至少，使用默认分配函数)。我在 gcc 4.8/linux 上尝试过，它在 alignas(8192) 上运行良好。
啊……这行得通。太糟糕了，它也不用新的。我想我们仍然会使用旧的 memalign() 函数。

【解决方案2】：

请求比您需要的多 64 个字节，然后在分配的空间内生成一个缓存对齐地址。最后注意释放整个分配的内存。

【讨论】：

我知道还有其他方法可以做我想做的事情（例如，使用std::aligned_storage 或std::align），但我真的很想了解我为什么使用alignas不工作。
alignas 作用于简单的变量，而不是新的
天哪，我一无所知 - std::aligned 存储看起来非常好，std::align 符合我的建议，但更整洁
顺便说一下，std::aligned_storage 只是alignas 的简写，因此它也不适用于new。 std::align 是你想要的。
其实你只需要(alignment - 1)字节的额外空间。