alignas 和alignof 关键字的用途是什么？

Question

我无法理解 alignas 和 alignof 关键字的用途，而且我不太确定我完全理解什么是对齐。

据我了解，如果内存地址可被n整除，则它与n个字节对齐，也就是说，可以通过一次计算“n”个字节（从0？或某个默认值？）来获得它。此外，alignas 关键字在变量声明前面添加前缀时，指定如何对齐存储变量的地址，alignof 返回变量的地址如何对齐对齐。

但是，我不确定这是对对齐或 alignof/alignas 关键字的正确理解 - 请纠正我的任何错误点。我也不明白这些关键字有什么用，所以如果有人能指出他们的目的是什么，我将不胜感激。

Answer 1

某些特殊类型必须以比平常更多的字节对齐 - 例如，矩阵必须在 x86 上以 16 字节对齐，以便最有效地复制到 GPU。 SSE 向量类型也可以这样表现。因此，如果您想创建容器类型，那么您必须知道您尝试包含或分配的类型的对齐要求。

Answer 2

据我了解，如果内存地址可被n整除，则它与n个字节对齐，也就是说，可以通过一次计算“n”个字节来获取它（从0？或某个默认值？） .

是的，它通常与 0 全等，因为它是硬件对齐，类似于（旧）硬盘柱面的对齐（请参阅 气缸头扇区）。好吧，我不确定我对圆柱体的看法是否正确；我对硬件不热衷。

我从未使用过alignas，但显然它对于优化与某些硬件的交互很有用。例如，虽然它不是针对 RAM 的，但在 gcc 的手册页中，您可以看到 -falign-* 优化选项，并解释了它们的用途：对齐一些代码以便 CPU 可以一次获取更多指令。

对于常见的标量类型，通常会将 sizeof(your_type) 等于 alignof(your_type)，这是为了优化。但对于复合类型（数组或结构），该值将有所不同，通常等于成员之一所需的最大对齐方式。

不考虑 RAM 之外的更多硬件，这对于某些通用数据管理功能非常有用。当然，像malloc()这样的分配函数总是给你一个对任何类型都方便的地址，也就是说，为max_align_t对齐，它通常有一个alignof 为 16（根据 long double 的要求）。但今年，我参与了一个项目，该项目仅使用一个 malloc() 来分配一个矩阵和指向矩阵每一行的指针，在同一个块中，例如，int * * 类型的变量。因此，该块应首先包含 int * 指针的空间，然后包含 int 值的空间。因为（在常见系统上）alignof(int *) %alignof(int) == 0，这种情况下是没有问题的。但在 32 位架构上，例如，使用 double 或 int64_t 会失败，因为指针是 4 字节长，并且值需要 8 对齐。必须使用alignof来确定值的正确开始（当然，填充必须添加到分配的大小中）。就我而言，这还没有完成，这不是问题，因为该程序仅在 64 位架构上进行了测试，并且没有使用 long double 或类似的东西。但我已经完成了修复，因此该程序肯定可以在 32 位机器上运行。

如果我理解正确的话，如果您有以下条件，则 alignof(type) 相当于 offsetof(struct char_and_type, item)：

struct char_and_type {
    char c;
    type item;
};