如何确定内存是否对齐？

Question

我是使用SSE/SSE2指令优化代码的新手,直到现在我还没有走得太远.据我所知,一个常见的SSE优化函数如下所示:

void sse_func(const float* const ptr, int len){
    if( ptr is aligned )
    {
        for( ... ){
            // unroll loop by 4 or 2 elements
        }
        for( ....){
            // handle the rest
            // (non-optimized code)
        }
    } else {
        for( ....){
            // regular C code to handle non-aligned memory
        }
    }
}

但是,如何正确确定内存ptr点是否与16字节对齐？我认为我必须包含非对齐内存的常规C代码路径,因为我无法确保传递给此函数的每个内存都将对齐.使用内在函数将数据从未对齐的内存加载到SSE寄存器似乎非常慢(甚至比常规C代码慢).

先感谢您...

Answer 1

#define is_aligned(POINTER, BYTE_COUNT) \
    (((uintptr_t)(const void *)(POINTER)) % (BYTE_COUNT) == 0)

转换为void *(或等效char *)是必要的,因为标准仅保证可逆转换uintptr_t为void *.

如果您想要类型安全,请考虑使用内联函数:

static inline _Bool is_aligned(const void *restrict pointer, size_t byte_count)
{ return (uintptr_t)pointer % byte_count == 0; }

并希望编译器优化if byte_count是编译时常量.

为什么我们需要转换为 void * ？

C语言允许不同指针类型的不同表示,例如,您可以具有64位void *类型(整个地址空间)和32位foo *类型(段).

转换foo *- > void *可能涉及实际计算,例如添加偏移量.该标准还将实现在将(任意)指针转换为整数时发生的事情,但我怀疑它通常是作为noop实现的.

对于这样的实现,foo *- > uintptr_t- > foo *会起作用,但是foo *- > uintptr_t- > void *和void *- > uintptr_t- > foo *不会.对齐计算也不能可靠地工作,因为您只检查相对于段偏移的对齐,这可能是您想要的,也可能不是.

总结:始终使用void *以实现与实现无关的行为.

Answer 2

编辑:铸造long是一种廉价的方式来保护自己免受int和指针现在不同大小的可能性.

正如下面的评论中所指出的,如果您愿意包含标题,那么有更好的解决方案......

指针p在16字节边界iff上对齐((unsigned long)p & 15) == 0.

Answer 3

其他答案建议设置低位的AND运算,并与零进行比较.

但更直接的测试是使用所需的对齐值进行MOD,并与零进行比较.

#define ALIGNMENT_VALUE     16u

if (((uintptr_t)ptr % ALIGNMENT_VALUE) == 0)
{
    // ptr is aligned
}

Answer 4

使用功能模板

#include <type_traits>

template< typename T >
bool is_aligned(T* p){
    return !(reinterpret_cast<uintptr_t>(p) % std::alignment_of<T>::value);
}

你可以通过调用类似的东西在运行时检查对齐

struct foo_type{ int bar; }foo;
assert(is_aligned(&foo)); // passes

要检查错误的对齐失败,您可以这样做

// would almost certainly fail
assert(is_aligned((foo_type*)(1 + (uintptr_t)(&foo)));

Answer 5

这基本上就是我正在使用的。通过将整数用作模板，可以确保它延长了编译时间，因此无论我做什么，我都不会以缓慢的模运算结束。

我一直喜欢检查我的输入，因此喜欢编译时间断言。如果对齐值是错误的，那么它将无法编译...

template <unsigned int alignment>
struct IsAligned
{
    static_assert((alignment & (alignment - 1)) == 0, "Alignment must be a power of 2");

    static inline bool Value(const void * ptr)
    {
        return (((uintptr_t)ptr) & (alignment - 1)) == 0;
    }
};

要查看发生了什么，可以使用以下命令：

// 1 of them is aligned...
int* ptr = new int[8];
for (int i = 0; i < 8; ++i)
    std::cout << IsAligned<32>::Value(ptr + i) << std::endl;

// Should give '1'
int* ptr2 = (int*)_aligned_malloc(32, 32);
std::cout << IsAligned<32>::Value(ptr2) << std::endl;

Answer 6

交给专业人士，

https://www.boost.org/doc/libs/1_65_1/doc/html/align/reference.html#align.reference.functions.is_aligned

bool is_aligned(const void* ptr, std::size_t alignment) noexcept; 

例子：

        char D[1];
        assert( boost::alignment::is_aligned(&D[0], alignof(double)) ); //  might fail, sometimes