Выравнивание

ChatGPT

Выравнивание в C++ относится к способу организации памяти для структур данных, классов и массивов. Правильное выравнивание может повысить производительность программы, особенно на аппаратуре с ограниченными ресурсами, таких как встроенные системы или мобильные устройства.

В C++ выравнивание обычно управляется компилятором, но программист может влиять на это с помощью специальных атрибутов, директив препроцессора или ключевых слов. Вот несколько важных аспектов, связанных с выравниванием в C++:

1. Выравнивание данных в памяти: Обычно выравнивание данных в памяти означает то, что объекты данных размещаются на адресах, кратных некоторому значению (чаще всего степени двойки). Например, если выравнивание объекта равно 4 байтам, то этот объект будет располагаться на адресах, кратных 4.
2. Выравнивание структур и классов: Структуры и классы в C++ могут содержать поля различных типов данных. Компилятор может вставлять дополнительные байты (называемые padding) для обеспечения правильного выравнивания каждого поля.
3. Оптимизация размера структур и классов: Некоторые компиляторы могут оптимизировать размер структур и классов путем перестановки полей для уменьшения расхода памяти за счет компактного выравнивания.
4. Директивы препроцессора: В C++ существуют директивы препроцессора, такие как #pragma pack, которые позволяют программисту управлять выравниванием структур и классов. Однако, их использование может быть зависимым от конкретного компилятора и не переносимым между различными платформами.
5. Выравнивание массивов: Массивы данных в C++ обычно выравниваются так же, как и их элементы. Это может быть важно при работе с SIMD (Single Instruction, Multiple Data) инструкциями для векторизации вычислений.
6. Выравнивание пользовательских типов данных: Пользовательские типы данных, определенные с помощью typedef или using, будут наследовать выравнивание базовых типов данных, от которых они зависят.

Важно помнить, что правила выравнивания могут различаться в зависимости от аппаратной платформы, операционной системы и компилятора. Поэтому при разработке программы на C++ нужно учитывать эти особенности для обеспечения корректного и эффективного использования памяти.

С сайта

Выравнивание (alignment) - способ размещения данных в памяти так, чтобы к ним можно было быстро обращаться (на некоторых процессорах к невыровненным данным вообще невозможно обратиться).
Процессор загружает данные из памяти не по одному байту, а по размеру машинного слова.

Например, на машине с 64-битной адресацией, если нужно загрузить адрес из памяти, то он должен быть выровнен в памяти по границе 8 байт (может находиться в памяти только по адресам, заканчивающимся на 0x0 или 0x8). Если адрес 0x1122334455667788, например, сохранён, начиная с ячейки памяти 0x00000003 (в big-endian формате):

0x00000000: 00 00 00 00 00 11 22 33  
0x00000008: 44 55 66 77 88 00 00 00

Процессор может загрузить только слова по адресам 0x00000000 или 0x00000008. Таким образом, чтобы “собрать” нужный адрес, ему потребовалось по загрузить 2 слова 0x000000112233 и 0x4455667788000000 и произвести операции сдвига и совмещения адресов, что сильно дольше одной команды загрузки.

Получить выравнивание структуры с помощью оператора alignof.