C 获取处理器的内存粒度

如何在C中获得CPU的性能

假设我想分配一个数组，其中所有元素都正确地对齐内存。我可以将每个元素填充到特定的大小N来实现这一点。我如何知道N的值

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注意：我正在尝试创建一个内存池，其中每个插槽都是内存对齐的。任何建议都将不胜感激。

这在很大程度上取决于您使用的cpu微体系结构

在许多情况下，运算符的内存地址应该是操作数大小的倍数，否则执行会很慢（甚至可能引发异常）

但也有一些CPU根本不关心内存中操作数的特定对齐方式

通常，C编译器会为您关心这些细节。但是，您应该确保编译器采用正确的目标（微）体系结构，例如通过使用正确的编译器标志（

-march=？

在gcc上）来指定它。

理论上 如何在C中获得CPU的内存粒度

首先，阅读指令集体系结构手册。它可能指定某些指令需要某些对齐，甚至某些指令中的寻址形式不能表示非对齐地址。它可以指定有关对齐的其他属性

其次，您要阅读处理器手册。它可以指定性能特征（例如支持未对齐的加载或存储，但可能比对齐的加载或存储慢或使用更多的资源），并且可以指定指令集体系结构允许的各种选项

第三，阅读操作系统文档。某些体系结构允许操作系统选择与对齐相关的功能，例如是否使未对齐的加载和存储失败或受支持，尽管性能比对齐的加载或存储慢。操作系统文档应包含此信息

实际上 对于许多编程情况，您需要知道的不是CPU的“内存粒度”，而是您正在使用的C实现（或您正在使用的任何语言）的对齐要求。而且，在大多数情况下，您不需要直接了解对齐要求，只需要遵循有关管理对象的语言规则使用声明类型的对象，不要使用强制转换在不兼容类型之间转换指针，如果特定规则允许，使用

malloc

提供的适当对齐的内存，而不是将自己的指针调整为字节，等等。遵循这些规则将为程序中的对象提供良好的对齐

在C中，定义数组时，元素大小将自动成为C实现对齐所需的大小。例如，

long double x[100]

可以为每个数组元素使用16个字节，即使硬件仅为

长双精度

使用10个字节。或者，对于您定义的任何

struct foo

，编译器将根据需要在结构中自动包含填充，以提供所需的对齐方式，以及任何数组

struct foo x[100]将已经包含该填充
sizeof（struct foo）
将与
sizeof x[0]
相同，因为每个结构对象都内置了填充，即使是针对单个结构对象，而不仅仅是针对数组中的元素

当您确实需要知道C实现对类型要求的对齐方式时，可以使用C的
\u Alignof
运算符。表达式
\u Alignof（type）
提供了
type
所需的对齐方式

其他
…正确对齐内存

正确对齐是程度的问题：


处理器支持的内容可能决定程序是否工作。不正确的对齐会导致程序陷井
关于单个加载和存储的效率可能会影响程序的运行速度。不正确的对齐会导致程序执行速度变慢
在某些性能关键的情况下，与缓存和内存映射功能的一致性也会影响性能
简短回答
使用64字节

长话短说
数据以称为缓存线的单位从内存加载并存储到内存中。如果您的程序只加载缓存线中的部分数据，那么整个缓存线将加载到CPU缓存中。也许更重要的是，多核CPU中的内存在全缓存线上运行；将数据与缓存线对齐可以避免错误共享，即缓存线在内核之间反弹，因为它包含由不同线程操作的数据

过去的情况是缓存线取决于体系结构，从16字节到512字节不等。但是，当前所有处理器（英特尔、AMD、ARM、MIPS）都使用64字节的缓存线。
编译器和内存管理器（malloc等）将为您提供这一功能。有趣的问题与C的一个基础：可移植性相冲突。正如@PaulOgilvie所说，该代码被认为与处理器体系结构无关，所有特定于端口的调整都是在依赖于编译器端口的代码中完成的。无论如何，在某些情况下，这可能是对特定于机器的代码的真正要求，如在极端效率实现问题或板开发中。不幸的是，C语言对此没有任何标准支持。您必须使用旧的条件编译，使用
#if/#else/#endif
。您的问题不清楚。有单词对齐（对于单个对象），有页面对齐（对于MMU/VM），还有缓存对齐（多个级别）。根据架构的不同，所有这些都可能存在或不存在。另一个稍微无关的问题：如果一个数据不适合一条缓存线，并且需要两条缓存线，那么cpu必须读取两次。因此，数据是否对齐并不重要。会的