上证所，内在因素和调整

我用很多SSE编译器内在函数编写了一个3Dvector类。 一切正常，直到我开始安装具有3Dvector的类作为新成员。 我在发布模式下遇到了一些奇怪的崩溃，但是在debugging模式下却不是这样。

所以我读了一些文章，并认为我需要将拥有3Dvector类的实例的类也alignment到16字节。 所以我刚刚在类的前面添加了_MM_ALIGN16 （ _MM_ALIGN16 （ __declspec(align(16) ），如下所示：

 _MM_ALIGN16 struct Sphere { // .... Vector3 point; float radius }; 

这似乎首先解决了这个问题。 但是在改变一些代码之后，我的程序又开始以奇怪的方式崩溃了。 我search了更多的networking，发现了一篇博客文章。 我尝试了作者恩斯特·霍特（Ernst Hot）为解决这个问题所做的工作。 我添加了新的和删除操作符到我的类，如下所示：

 _MM_ALIGN16 struct Sphere { // .... void *operator new (unsigned int size) { return _mm_malloc(size, 16); } void operator delete (void *p) { _mm_free(p); } Vector3 point; float radius }; 

恩斯特提到，这个问题也可能是有问题的，但他只是链接到一个不存在的论坛，而没有解释为什么它可能是有问题的。

所以我的问题是：

1. 定义操作符有什么问题？

2. 为什么不将_MM_ALIGN16添加到类定义足够？

3. 处理SSE内在函数的alignment问题的最好方法是什么？

Answer 1

首先你必须关心两种types的内存分配：

• 静态分配。 为了使自动variables正确alignment，你的types需要一个合适的alignment规范（例如__declspec(align(16)) ， __attribute__((aligned(16)))或_MM_ALIGN16 ）。 但幸运的是，如果types成员（如果有的话）给出的alignment要求不够，你只需要这个。 所以你不需要这个Sphere ，因为你的Vector3已经正确alignment了。 如果你的Vector3包含一个__m128成员（这很可能，否则我会build议这样做），那么你甚至不需要Vector3 。 所以你通常不必混淆编译器特定的alignment属性。

• dynamic分配。 非常容易的部分。 问题在于，C ++在最底层使用了一个types不可知的内存分配函数来分配任何dynamic内存。 这只能保证所有标准types的正确alignment，这可能是16字节，但不能保证。

  为了弥补，你必须重载内buildoperator new/delete来实现你自己的内存分配，并使用一个alignment的分配函数而不是老的malloc 。 重载operator new/delete本身就是一个主题，但起初看起来并不困难（尽pipe你的例子还不够），你可以在这个优秀的FAQ问题中阅读它。

  不幸的是，你必须为每个types的任何成员需要非标准的alignment，在你的情况下， Sphere和Vector3 。 但是你可以做些简单的事情，就是为这些操作符创build一个空的基类，然后从这个基类中派生出所有需要的类。

  大多数人有时会忘记的是标准分配器std::alocator使用全局operator new来分配所有的内存，所以你的types将不能用于标准容器（而std::vector<Vector3>不是这样的罕见的用例）。 你需要做的是使自己的标准符合分配器，并使用它。 但是为了方便和安全，实际上更好的方法是为你的types专门化std::allocator （也许只是派生它自定义的分配器），这样它总是被使用，你不需要每次都使用合适的分配器你使用一个std::vector 。 不幸的是，在这种情况下，你必须再次针对每种alignment的types进行专门化，但是一个小小的邪恶的macros有助于这个。

  此外，你必须使用全局operator new/delete来代替自定义的其他东西，比如std::get_temporary_buffer和std::return_temporary_buffer ，并且关心那些必要的东西。

不幸的是，对于这些问题，我认为还没有一个更好的方法，除非你在一个本质上alignment到16的平台上并且知道这个问题 。 或者你可能只是重载全局operator new/delete以便始终将每个内存块alignment到16个字节，并且无需关心包含SSE成员的每个类的alignment方式，但我不知道这个含义做法。 在最坏的情况下，它只会导致浪费内存，但是通常不会在C ++中dynamic地分配小对象（尽pipestd::list和std::map可能对此有不同的看法）。

所以总结一下：

• 使用诸如__declspec(align(16))类的东西来保持静态内存的正确alignment，但是只有在任何成员没有关心的情况下（通常是这种情况）。

• 重载operator new/delete对于每个具有非标准alignment要求的成员的types。

• 使一个cunstom符合标准的分配器在alignmenttypes的标准容器中使用，或者更好的是，为每个alignmenttypes专门设置std::allocator 。

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最后一些一般的build议。 当执行许多向量操作时，通常只有在计算量大的块中才能从SSE中获利。 为了简化所有这些alignment问题，特别是关心包含Vector3每个types的alignment问题，做一个特殊的SSE向量types可能是一个很好的办法，只能在长时间的计算中使用它， -SSEvector存储和成员variables。

Answer 2

基本上，您需要确保向量正确alignment，因为SIMD向量types通常比任何内置types具有更大的alignment要求。

这需要做以下的事情：

1. 确保Vector3在堆栈或结构的成员上正确alignment。 这是通过将__attribute__((aligned(32)))应用于Vector3类（或编译器支持的任何属性）来完成的。 请注意，您不需要将属性应用于包含Vector3结构，这不是必需的，也不够（即不需要将其应用于Sphere ）。

2. 确保使用堆分配时， Vector3或其包围结构已正确alignment。 这是通过使用posix_memalign() （或类似的函数为您的平台），而不是使用普通malloc()或operator new()因为后两个alignment内存types的内存（通常8或16字节）保证对于SIMDtypes是足够的。

Answer 3

1. 运营商面临的问题是， 他们自己是不够的。 他们不影响堆栈分配，你仍然需要__declspec(align(16)) 。

2. __declspec(align(16))会影响编译器如何将对象放置在内存中，当且仅当它有select。 对于new'ed对象，编译器别无select，只能使用operator new返回的内存。

3. 理想情况下，使用一个本地处理它们的编译器。 为什么他们需要不同于double对待，没有理论上的理由。 否则，请阅读编译器文档了解变通方法。 每个有障碍的编译器都会有自己的一套问题，因此也有自己的一套解决方法。