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結構體成員總是佔用連續記憶體嗎?探索 C/C 中的填充和記憶體佈局

Linda Hamilton
發布: 2024-10-30 13:25:03
原創
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 Do Struct Members Always Occupy Contiguous Memory? Exploring Padding and Memory Layouts in C/C

結構成員記憶體是否連續?探索結構體佈局

在C/C 程式設計環境中,定義像所提供的範例那樣的結構體:

<code class="cpp">struct test
{
   double height;
   int    age;
   char   gender;
}</code>
登入後複製

會引發有關其成員在記憶體中的排列的問題。結構體實例的各個欄位(例如 A.height、A.age 和 A.gender)是否相鄰儲存?

結構填充和記憶體連續性

不幸的是,由於稱為填充的概念,為結構成員分配連續記憶體的假設並不普遍正確。這是一種將資料元素與特定邊界對齊的最佳化技術,通常是為了提高特定硬體架構上的效能。它可能會導致成員之間出現“未使用”的記憶體槽。

在給定的範例中,double 通常佔用 8 個位元組,int 佔用 4 個位元組,char 佔用 1 個位元組。如果沒有填充,該結構應佔用 13 個位元組。但是,如果硬體架構需要八位元組對齊,則在 char 之後將有三個位元組的填充以達到該對齊方式。這意味著存取 A.age 將跳過這三個填充位元組。

數組結構與結構數組

除了單一結構內的記憶體連續性之外,數組結構(SoA) 和結構數組(AoS) 之間的區別提供了不同的記憶體佈局。

陣列結構 (SoA)

在 SoA 中,元素相同類型的資料是連續儲存的。例如,所有身高都將儲存在一個連續的區塊中,然後是所有年齡,然後是性別。與 AoS 相比,這可以優化向量化操作並減少記憶體使用。

結構體數組 (AoS)

在 AoS 中,每個結構體都儲存為連續的區塊。由於特定結構的成員被分組,因此這種方法可以增強可讀性和快取局部性。但是,它可能會導致特定成員類型上的操作出現更多填充並降低效率。

記憶體佈局的圖形和插圖

[說明SoA 和的圖像/圖表AoS 記憶體佈局]

要考慮的因素

SoA 和AoS 之間的選擇取決於應用程式的特定要求。 SoA 對於特定成員類型的操作可能更有效率,而 AoS 可以增強可讀性和快取局部性。

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來源:php.cn
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