每種數(shù)據(jù)類型都有一個與之相關(guān)的隊列，這個隊列是由處理器架構(gòu)而非這個語言本身授權(quán)的。校準(zhǔn)數(shù)據(jù)元素允許處理器以高效的方式從內(nèi)存中抓取數(shù)據(jù)，并由此提高性能。為了提供最佳的性能，編譯器試圖保持這種數(shù)據(jù)元素的隊列。在32位和64位的Linux系統(tǒng)上，英特爾®C++編譯器上使用著的數(shù)據(jù)類型典型對齊要求如下：

一般情況下，編譯器會在任何可能的時候都滿足這些數(shù)據(jù)元素的對齊要求。在使用英特爾®C++和Fortran編譯器的情況下，可以使用-align（C/C++，F(xiàn)ortran語言）編譯器開關(guān)來強(qiáng)制或禁止自然對齊規(guī)則。對于通常含有不同類型的數(shù)據(jù)元素的結(jié)構(gòu)，編譯器試圖通過在元素之間插入未使用的存儲來保持的數(shù)據(jù)元素實現(xiàn)正確對齊。這種技術(shù)被稱為“填充”。此外，編譯器還會以它的最嚴(yán)格的對準(zhǔn)成員為基準(zhǔn)來對齊整個結(jié)構(gòu)。編譯器也可能會增加結(jié)構(gòu)的空間大小，必要的時候，編譯器會通過在結(jié)構(gòu)端部添加填充的方式來使其實現(xiàn)成倍的對齊。這就是所謂的“尾填充”。如此一來，填充就醫(yī)浪費存儲空間的代價提升了性能。如果是英特爾®至強(qiáng)融核™協(xié)處理器，提供給應(yīng)用程序可用存儲的數(shù)量本身是有限的，這會帶來一個嚴(yán)重的問題。

最佳設(shè)計方案：最大限度地減少內(nèi)存浪費

開發(fā)者可以通過給結(jié)構(gòu)元素排序來最小化這種內(nèi)存浪費，這樣最大/最寬的元素會排在前面，接著是第二寬的，依次排開。下面的這個例子能為你闡明用結(jié)構(gòu)的空間大小給數(shù)據(jù)元素排序影響：

結(jié)構(gòu)s1有11個填充字節(jié)，如下表所示：

看看下面的結(jié)構(gòu)s2：

這個結(jié)構(gòu)只包含了3個尾填充的字節(jié)，如下圖所示：

這樣就節(jié)省了內(nèi)存。因此，僅僅在結(jié)構(gòu)定義中重排數(shù)據(jù)元素就有可能避免內(nèi)存浪費。

最佳設(shè)計方案：一次只接觸幾個元素

這種給元素排序的一種例外是，如果你的結(jié)構(gòu)比你的高速緩存線（在因特爾至強(qiáng)融核協(xié)處理器上是64個字節(jié)）更大的話，一些循環(huán)或內(nèi)核就只能接觸到結(jié)構(gòu)的一部分。在這種情況下，保持結(jié)構(gòu)的各部分能在內(nèi)存中一起被接觸到可能是有益的，這可能會改善高速緩存局部性。

最佳設(shè)計方案：分解更大的結(jié)構(gòu)

如果你的結(jié)構(gòu)比高速緩存線更大，并且一些循環(huán)和內(nèi)核只能接觸到結(jié)構(gòu)的一部分的話，你可以考慮下通過把大結(jié)構(gòu)分解為多個以單獨的排列存儲的更小的結(jié)構(gòu)。這就潛在地提升了可接觸數(shù)據(jù)的密度，incident提升了高速緩存的局部性。

最佳設(shè)計方案：強(qiáng)制對齊特定的元素

你也可以使用_decipsec(align)屬性來指導(dǎo)編譯器比用其他方式更嚴(yán)格地對齊數(shù)據(jù)，這個擴(kuò)展屬性的語法如下：

C/C++：

_decipsec(align(n))<數(shù)據(jù)類型聲明>

Fortran：

cDEC$ATRIBUTES ALIGN:n::<數(shù)據(jù)類型聲明>

這里的n是要求的隊列，是2的乘冪，在英特爾C++編譯器里最大為4096，在英特爾Fortran編譯器里最大是16384.你可以使用這個屬性為單個變量，靜態(tài)結(jié)構(gòu)或自動存儲持續(xù)期間內(nèi)請求對齊。然而，這就表示，盡管你提高結(jié)構(gòu)的一致性，但這個屬性并不能調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)元素的對齊。通過把_declpsec(align)放在關(guān)鍵字struct前面，你就為僅僅這種類型的對象請求適當(dāng)?shù)膶R。讓我用下面這個例子來說明我的觀點：

在上述示例中，對字符a2和整數(shù)b2的對齊仍然各自保持為1個字節(jié)和4個字節(jié)，這是默認(rèn)的。然而，結(jié)構(gòu)s2的每個實例都被對齊到32個字節(jié)的邊界，正如_declspsec聲明里描述的那樣。因此，結(jié)構(gòu)s1內(nèi)部的結(jié)構(gòu)s2目前的每個實例都將對齊到32個字節(jié)的邊界。

最佳設(shè)計方案：動態(tài)分配內(nèi)存對齊

我們還可以通過動態(tài)分配結(jié)構(gòu)s2的排列來進(jìn)一步擴(kuò)展這個例子：

這種情況下，你仍然需要使用_mm_malloc或一個相當(dāng)于為指針分配對齊內(nèi)存的可移植性操作系統(tǒng)接口（POSIX），但通過使用_declspec(align(32))，你就是要為排列arr1中的每一個元素都強(qiáng)制對齊到32個字節(jié)。

最佳設(shè)計方案：使用align(n)和結(jié)構(gòu)來強(qiáng)制小數(shù)據(jù)元素的高速緩存局部性

你也可以使用這個數(shù)據(jù)對齊支持來為高速緩存線使用最優(yōu)化提供優(yōu)勢。通過把平常經(jīng)常在一起使用的小對象聚集到一個結(jié)構(gòu)里，并強(qiáng)制這個結(jié)構(gòu)從高速緩存線的起始端分配內(nèi)存，你就能有效地保證每一個對象在需要的時候都能及時地被裝載進(jìn)高速緩存里，這樣會有很明顯的性能提升。例如，考慮i和j這兩個被頻繁調(diào)用的變量，他們可能會被分配到不同的告訴緩存線上。你可以像下面這么來聲明它們：

通過使用這種方式聲明變量，編譯器就能確保這些變量被分配在同一個高速緩存線上。

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