C++17 过度对齐分配 /Zc:alignedNew

C++17 过度对齐分配的英文是over-aligned allocation，其实这个翻译是有问题的，over是过的大的意思，翻译成大对齐分配或大值对齐分配就可以了，过度这个词明显是机器翻译的结果，不是意思翻译的结果。过度对齐分配理解成大值对齐分配，大家就明白了，相当于对齐值变大了。

对齐值变大有什么好处？现代CPU的数据总线结构和地址总线结构复杂且强大，寻址功能和提取写入数据功能也比以前优秀，硬件改动了，也要让软件改动，对齐值变大了，让寻址功能和提取写入数据功能更容易体现到软件运行上，特别是内存池和共享文件内存处理上，对齐的内存读写更快，效率更高。

在电脑和互联网刚传入到国内时，很多自己开发的软件在性能上总是差那么一丝丝，这就是底层硬件的处理没吃透，不过随着华为带领一批公司崛起，硬件吃透了，软件性能也跟上了。这中间华为方舟编译器是里程碑事件，华为方舟编译器把Java解释代码编译成静态代码，提升了性能。华为方舟编译器支持多种芯片平台，和上段话的CPU结构对应上了。

说了这么多，就是说内存对齐能优化软件性能，C++17以前对齐值太小，不支持硬件了。

开启过度对齐分配，在编译选项里加上/Zc:alignedNew，加上后，如果对齐值小于宏__STDCPP_DEFAULT_NEW_ALIGNMENT__，则没有改变；如果大于宏__STDCPP_DEFAULT_NEW_ALIGNMENT__则使用新的::operator new(size_t, align_val_t) 获取内存，新的::operator delete(void*, align_val_t) 或特定大小的删除函数 ::operator delete(void*, size_t, align_val_t)。

要关闭此选项并在使用 /std::c++17 或更高版本时恢复到 new 和 delete 的 C++14 行为，请指定 /Zc:alignedNew-。

参考的新new和新delete示例如下：

// alignedNew.cpp
// Compile by using: cl /EHsc /std:c++17 /W4 alignedNew.cpp
#include <iostream>
#include <malloc.h>
#include <new>

// "old" unaligned overloads
void* operator new(std::size_t size) {
    auto ptr = malloc(size);
    std::cout << "unaligned new(" << size << ") = " << ptr << '\n';
    return ptr ? ptr : throw std::bad_alloc{};
}

void operator delete(void* ptr, std::size_t size) {
    std::cout << "unaligned sized delete(" << ptr << ", " << size << ")\n";
    free(ptr);
}

void operator delete(void* ptr) {
    std::cout << "unaligned unsized delete(" << ptr << ")\n";
    free(ptr);
}

// "new" over-aligned overloads
void* operator new(std::size_t size, std::align_val_t align) {
    auto ptr = _aligned_malloc(size, static_cast<std::size_t>(align));
    std::cout << "aligned new(" << size << ", " <<
        static_cast<std::size_t>(align) << ") = " << ptr << '\n';
    return ptr ? ptr : throw std::bad_alloc{};
}

void operator delete(void* ptr, std::size_t size, std::align_val_t align) {
    std::cout << "aligned sized delete(" << ptr << ", " << size <<
        ", " << static_cast<std::size_t>(align) << ")\n";
    _aligned_free(ptr);
}

void operator delete(void* ptr, std::align_val_t align) {
    std::cout << "aligned unsized delete(" << ptr <<
        ", " << static_cast<std::size_t>(align) << ")\n";
    _aligned_free(ptr);
}

struct alignas(256) OverAligned {}; // warning C4324, structure is padded

int main() {
    delete new int;
    delete new OverAligned;
}

注意，里面的delete new连接使用非常新，以前没想到过能这样用。

如果自己没有写新new和delete，编译器在有编译宏/Zc:alignedNew时会自动生成新new和delete。

硬件我也是略懂，我猜测，过度对齐大值对齐内存可能更好支持CPU的某些并发访问存取，在大游戏和高算力场景有需求。

友情链接

CAD培训 / ERP管理系统