小缓冲区优化和对齐答案

【问题标题】：Small Buffer Optimization and alignment小缓冲区优化和对齐
【发布时间】：2012-10-25 20:53:04
【问题描述】：

我正在围绕旧版 API 编写 C++ 包装器。这个API为我提供了一个指针值来保存额外的数据，我想用它来实现Small Buffer Optimization。

我已经实现了一个is_small_pod 元函数，它检查给定类型是否是POD并且它是否适合void*：

template< typename Type >
struct is_small_pod
  : std::integral_constant<
        bool
      , std::is_pod< Type >::type::value
        && sizeof( Type ) <= sizeof( void* )
    >
{};

我正在设置这样的值：

// void*& param;
if( detail::is_small_pod< Type >() )
{
    *static_cast< Type* >( &param ) = value;
} else {
    param = new Type( value );
}

我是否正确实施了这种优化？我相信当值对齐与指针的 alignment 不兼容时，这将失败（可能是奇怪的极端情况）。这种情况甚至可能，还是我只是想多了？我应该如何扩展我的 metafunction 以检查兼容的 alignment？

【问题讨论】：

标签： c++ c++11

【解决方案1】：

类型的对齐方式不可能大于该类型的大小。

3.11 对齐[basic.align]

[...] alignment 是实现定义的整数值，表示可以分配给定对象的连续地址之间的字节数。

5.3.3 Sizeof [expr.sizeof]

2 - [...] n 个元素的数组的大小是元素大小的 n 倍。

因此，您的代码只有在 alignof(void *) < sizeof(void *) 时才会中断，而在大多数平台上并非如此。

为了安全，你可以这样写：

template< typename Type >
struct is_small_pod
  : std::integral_constant<
        bool
      , std::is_pod< Type >::type::value
        && sizeof( Type ) <= sizeof( void* )
        && alignof( Type ) <= alignof( void* )
    >
{};

【讨论】：

虽然在技术上是正确的，但这确实忽略了日常事务，例如 SSE* 支持的 16 字节对齐要求。
@ildjarn 对于 SSE，您通常倾向于使用 __m128 等，其大小为 16 字节且对齐。

【解决方案2】：

作为一种通用方法，您始终可以尝试测试您的理论。我想你会做这样的事情：

template< class Type >
bool TestAlignmentSanity( Type value )
{
    // This function is only valid for small POD types
    if( !detail::is_small_pod< Type >() )
        return false;

    // Temporary space covering alignments spanning the size of a void*
    const int nBytes = sizeof(void*);
    char buffer[sizeof(Type) + nBytes - 1];

    // For each target alignment, test that a copy is successful.
    for( int i = 0; i < nBytes; i++ )
    {
       Type * target = static_cast< Type* >( &buffer[i] );

       // Sanity-check that the pointer was actually aligned as we requested
       if( (char*)target != &buffer[i] ) return false;

       // Copy and test that the result is as expected.  Assumes '==' operator
       // is defined...  Otherwise, implement with byte comparisons.
       *target = value;
       if( !(*target == value) ) return false;
    }

    return true;
}

在这里我测试了可以将数据类型复制到跨越void* 大小的任何对齐方式中。这只是一个想法。 =)

【讨论】：