对齐究竟如何影响内存布局和新布局的行为？

Question

我们阅读了很多关于对齐及其重要性的文章，例如放置 new 用法，但我想知道 - 它究竟如何改变内存布局？

显然，如果我们这样做

char buffer[10];
std::cout << sizeof buffer;

和

alignas(int) char buffer[10];
std::cout << sizeof buffer;

我们得到相同的结果，即10。

但是行为不可能完全一样，是吗？怎么区分呢？我试图寻求答案和运行 godbolt，测试以下代码：

#include <memory>

int main() {
    alignas(int) char buffer[10];
    new (buffer) int;
}

在 GCC 8.2 下并且没有优化，导致以下汇编：

operator new(unsigned long, void*):
    push    rbp
    mov     rbp, rsp
    mov     QWORD PTR [rbp-8], rdi
    mov     QWORD PTR [rbp-16], rsi
    mov     rax, QWORD PTR [rbp-16]
    pop     rbp
    ret
main:
    push    rbp
    mov     rbp, rsp
    sub     rsp, 16
    lea     rax, [rbp-12]
    mov     rsi, rax
    mov     edi, 4
    call    operator new(unsigned long, void*)
    mov     eax, 0
    leave
    ret

让我们通过删除 alignas(int) 部分来稍微更改代码。现在，生成的程序集略有不同：

operator new(unsigned long, void*):
    push    rbp
    mov     rbp, rsp
    mov     QWORD PTR [rbp-8], rdi
    mov     QWORD PTR [rbp-16], rsi
    mov     rax, QWORD PTR [rbp-16]
    pop     rbp
    ret
main:
    push    rbp
    mov     rbp, rsp
    sub     rsp, 16
    lea     rax, [rbp-10]
    mov     rsi, rax
    mov     edi, 4
    call    operator new(unsigned long, void*)
    mov     eax, 0
    leave
    ret

值得注意的是，它仅在 lea 指令上有所不同，其中第二个参数是 [rbp-10] 而不是我们在 alignas(int) 版本中使用的 [rbp-12]。

请注意，我通常不懂汇编。我不会写汇编，但我能读懂它。据我了解，差异只是改变了内存地址的偏移量，它将保存我们的位置-newed int.

但是它实现了什么？为什么我们需要那个？假设我们有一个 buffer 数组的 'generic' 表示如下：

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

现在，我假设，在放置 newing int（有或没有对齐）之后，我们最终会得到像这样：

[x] [x] [x] [x] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

其中 x 表示 int 的单个字节（我们假设 sizeof(int) == 4）。

但我一定是漏掉了什么。还有更多，我不知道是什么。通过将 buffer 对齐到 int 同花对齐，我们到底实现了什么？如果我们不这样对齐会怎样？

Answer 1

在某些体系结构上，类型必须对齐才能使操作正常进行。例如，int 的地址可能需要是 4 的倍数。如果它不是这样对齐的，那么对内存中的整数进行操作的 CPU 指令将无法工作。

即使数据未很好对齐时一切工作，对齐对于性能仍然很重要，因为它确保整数等不会跨越缓存边界。

当您将 char 缓冲区与整数边界对齐时，它不会影响 placement new 的工作方式。它只是确保您可以使用 placement new 将 int 放在缓冲区的开头，而不会违反任何对齐约束。它通过确保缓冲区的地址是 4 字节的倍数来实现。

对齐究竟如何影响内存布局和新布局的行为？

How exactly does alignment impact memory layout and the bahaviour of placement new?

c++

memory-alignment

placement-new

memory-layout

alignas