C++ 内存对齐:`alignas` 与 `__attribute__((aligned))` 对性能和数据结构的影响

哈喽,各位好!今天咱们来聊聊C++里一个有点意思,又不得不重视的话题:内存对齐。别看它平时躲在幕后,但对程序的性能、数据结构的布局,甚至跨平台兼容性,都有着深远的影响。咱们重点关注两个C++中控制内存对齐的利器:alignas 和 __attribute__((aligned)),看看它们怎么玩转内存,又有什么需要注意的地方。 啥是内存对齐?为啥要对齐? 想象一下,你开了一家银行,客户来存钱,你希望把钱整齐地摆放在保险柜里,比如100元一捆,整齐地摆放。这样不仅看起来赏心悦目,而且存取也方便快捷。 内存对齐就有点像这个意思。CPU在访问内存的时候,通常不是一个字节一个字节地读,而是一块一块地读,比如4个字节、8个字节、16个字节等等。这些“块”的大小,就叫做CPU的“字长”(word size)或者“对齐粒度”。 如果数据没有按照CPU的对齐粒度来排列,CPU可能需要多次读取才能拿到完整的数据,这就会降低效率。更糟糕的是,某些体系结构的CPU甚至不允许未对齐的内存访问,直接崩溃给你看! 举个例子:假设你的CPU是32位的,字长是4字节。 struct Misaligned { char …

C++ 避免伪共享:`alignas` 与填充字节的应用

好的,没问题,直接开讲! 各位观众,各位朋友,欢迎来到今天的 C++ 性能优化专场。今天咱们聊聊一个听起来玄乎,但实际工作中又非常重要的概念:伪共享 (False Sharing)。这玩意儿就像你和你的邻居共用一个水龙头,结果你洗菜的时候,他要洗车,互相影响,效率大打折扣。 一、什么是伪共享?别被“伪”字迷惑了! 先别被“伪”字给忽悠了,这可不是假的共享,而是“假装”的共享。它的本质是:多个线程访问了不同的数据,但这些数据恰好位于同一个缓存行 (Cache Line) 中,导致缓存一致性协议频繁介入,影响性能。 想象一下,你的 CPU 有很多核心,每个核心都有自己的高速缓存 (Cache)。当一个核心修改了缓存行中的数据,其他核心中包含相同缓存行的副本都需要失效或者更新。这个过程就叫做缓存一致性协议。频繁的失效和更新操作会严重降低程序的性能。 举个栗子: 假设你有一个结构体: struct MyData { int a; int b; }; MyData data[2]; // 两个 MyData 结构体 现在有两个线程: 线程 1 修改 data[0].a 线程 2 修改 data[ …