c++ - 对齐、总大小和 SSE

Question

我正在尝试 define a custom point type对于 PCL 库。在那篇教程中，他们讨论了内存对齐，所以我开始尝试了解它是如何工作的。

在this page , 他们提出了一种计算结构总对齐度的相当简单的方法。比如这个结构

// Alignment requirements
// (typical 32 bit machine)

// char         1 byte
// short int    2 bytes
// int          4 bytes
// double       8 bytes

// structure C
typedef struct structc_tag
{
  char        c;
  double      d;
  int         s;
} structc_t;

大小为 24:

1 byte for the char + 7 bytes of padding + 8 bytes for the double + 4 bytes for the int + 4 bytes of padding

对于 g++ 4.8.1，sizeof 返回 24。到目前为止，一切顺利。

现在，在 PCL 中，他们正在使用此方案定义点类型(这里是最简单的点，它在每个轴上保持位置)用于 SSE 对齐。

union
{
  float data[4];
  struct
  {
    float x;
    float y;
    float z;
  };
};

sizeof 返回 16。使用 union 可以确保 point type 是 SSE 对齐的(我读到 here 是 16 字节对齐)并且结构轴值是可访问的。

引用自 PCL 文档:

The user can either access points[i].data[0] or points[i].x for accessing say, the x coordinate.

我的推理到此为止是否有效？

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在我的例子中，我想将 float 更改为 double 值，以便在 X 和 Y 轴上获得更高的精度。

那么，将点类型声明为:

union {
  float data[4];
  struct {
    double x;
    double y;
    float z;
  };
};

?sizeof 返回 24，它不是 16 的倍数(所以我知道它不是 SSE 对齐的)但它是“双对齐”的。

我的问题是，我如何定义我的点类型才能将 X 和 Y 坐标存储为 double 坐标，并且仍然是 SSE 对齐?

PS:此外，如果你们中有人知道这方面的好资源，请告诉我。我想更好地理解这个主题。

PS 2:我忘了说，我正在尝试所有这些的平台是 64 位平台。

PS 3:如果可能的话，我对pre-C++11 解决方案很感兴趣。与 g++ 4.4(及其对应的 MinGW)一样古老的编译器必须能够构建新的点类型。

Answer 1

对象的大小和对齐不是一回事。如果结构的大小是 16 字节或一些倍数，这并不意味着它必须是 16 字节对齐的。

在你的情况下，因为你的代码是在 64 位模式下编译的，你只需要将结构填充到 32 字节。在 64 位模式下，堆栈在 Windows 和 Linux/Unix 中是 16 字节对齐的。

在 32 位模式下，它不必是 16 字节对齐的。你可以测试一下。如果您在 MSVC 中以 32 位模式运行下面的代码，您可能会看到数组的每个元素的地址不是 16 字节对齐的(您可能需要运行几次)。因此，即使结构的大小是 16 字节的倍数，它也不一定是 16 字节对齐的。

#include <stdio.h>

int main() { 
    union a {
        float data[4];
        struct {
            double x;
            double y;
            float z;
            float pad[3];
    };
    a b[10];
    for(int i=0; i<10; i++) {
        printf("%d\n", ((int)&b[i])%16);
    }
}

如果您希望您的代码也能在 32 位模式下工作，那么您应该对齐内存。如果您在 Windows 或 Linux 上以 32 位模式运行下面的代码，您将看到它也始终是 16 字节对齐的。

#include <stdio.h>
#ifdef _MSC_VER // If Microsoft compiler
#define Alignd(X) __declspec(align(16)) X
#else // Gnu compiler, etc.
#define Alignd(X) X __attribute__((aligned(16)))
#endif

int main() {
    union a {
        float data[4];
        struct {
            double x;
            double y;
            float z;
            float pad[3];
    };
    a Alignd(b[10]);
    for(int i=0; i<10; i++) {
        printf("%d\n", ((int)&b[i])%16);
    }
}