AVX2：分配给 __m256i class 成员时出现分段错误

Question

我目前正在重构一个命令式 C++ 程序，该程序广泛使用 AVX2 基元到结构良好的基于 class 的程序。不幸的是，我在分配给具有 AVX2 数据类型的 class 成员时遇到了段错误。

我在 WSL 中使用：

gcc version 6.3.0 20170516 (Debian 6.3.0-18+deb9u1)

使用标志编译：

g++ -mavx2 -g minimal.cpp

重现段错误的最小代码示例是：

#include <immintrin.h>

class MyClass
{
    public:
        MyClass(int* arr);
        __m256i value;
};

MyClass::MyClass(int* arr){
    this->value = _mm256_set_epi32(arr[0], arr[1], arr[2], arr[3], arr[4], arr[5], arr[6], arr[7]);
}

int main(){
    int arr[8] = {0x0,0x1,0x2,0x3,0x4,0x5,0x6,0x7};
    MyClass* m = new MyClass(arr);
}

GDB 输出：

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x00000000080007cf in MyClass::MyClass (this=0x8413e70, arr=0x7ffffffedd90) at minimal.cpp:11
11          this->value = _mm256_set_epi32(arr[0], arr[1], arr[2], arr[3], arr[4], arr[5], arr[6], arr[7]);

我已经尝试在构造函数之后分配 class 成员，同样的段错误。

更新：是一个相关问题，但它不是重复的。（此处：关注 class 成员，与 "new" 的关系在最初的问题后才变得明显）

Answer 1

正如 Peter Cordes 在上面的评论中提到的，这里的问题是 new 不遵守 C++17 之前的扩展对齐。（参见 C++17 中采用的 [P0035R4]，使 new 可用于对齐超过 alignof(maxalign_t) 的内存。

GCC7 and later supports aligned new with -std=gnu++17 or -std=c++17 (or just -faligned-new). Your code will Just Work™ and automatically pass the required alignment to operator new if you .

但是较旧的 GCC，包括您的 6.3，不会，因此您必须手动确保获得正确对齐的内存。有几种方法可以做到这一点。

_mm_alloc 已经在评论中提到了。在 GCC 上，_mm_alloc 似乎基本上映射到 posix_memalign，因此您也可以直接使用它。可移植的 C++11 解决方案将分配一个足够大的缓冲区以容纳 class 的对象以及开始时填充所需的任何 space 以确保正确对齐。然后，您可以使用 std::align and placement new 在适当对齐的地址构造您的对象。

综上所述，无论您选择哪种分配正确对齐内存的方法，我都强烈建议通过为您的 class 提供分配和释放函数来封装这些内容。对齐要求是类型本身的属性，不应该由 class 的用户知道，由于实现细节，例如它具有类型 __m256i，任何类型 MyClass 的对象都有扩展的对齐要求，每当通过 new 表达式分配此类对象时都必须考虑这一点。您应该禁止通过 new 表达式创建此类型的对象，或者提供必要的设施以使该类型与 new 表达式一起正确工作...

C++11 解决方案可能如下所示：

#include <cstddef>
#include <memory>

#include <immintrin.h>

class MyClass
{
    __m256i value;

public:
    MyClass(const int* arr)
    {
        this->value = _mm256_set_epi32(arr[0], arr[1], arr[2], arr[3], arr[4], arr[5], arr[6], arr[7]);
    }

    void* operator new(std::size_t size)
    {
        return _mm_malloc(size, alignof(MyClass));
    }

    void* operator new[](std::size_t size)
    {
        return _mm_malloc(size, alignof(MyClass));
    }

    void operator delete(void* ptr)
    {
        _mm_free(ptr);
    }

    void operator delete[](void* ptr)
    {
        _mm_free(ptr);
    }
};

int main()
{
    int arr[8] = {0x0,0x1,0x2,0x3,0x4,0x5,0x6,0x7};
    auto m = std::unique_ptr<MyClass> { new MyClass(arr) };
}

live example here

AVX2：分配给 __m256i class 成员时出现分段错误

AVX2: segmentation fault when assigning to __m256i class member

c++

memory-alignment

segmentation-fault

avx

avx2