未对齐数据的操作速度

Question

据我所知,CPU在边界上对齐的数据表现最佳,该边界等于该数据的大小.例如,如果每个int数据的大小为4个字节,则每个数据的地址int必须是4的倍数才能使CPU满意; 与2字节short数据和8字节double数据相同.因此,new运算符和malloc函数始终返回8的倍数的地址,因此是4和2的倍数.

在我的程序中,一些用于处理大字节数组的时间关键算法允许通过将每个连续的4个字节转换为a来跨越计算,unsigned int并且以这种方式,更快地进行算术运算.但是,字节数组的地址不能保证是4的倍数,因为只需要处理字节数组的一部分.

据我所知,英特尔CPU正确处理未对齐的数据,但代价是速度.如果对未对齐的数据进行操作的速度足够慢,则需要重新设计程序中的算法.在这方面,我有两个问题,第一个问题支持以下代码:

// the address of array0 is a multiple of 4:
unsigned char* array0 = new unsigned char[4];
array0[0] = 0x00;
array0[1] = 0x11;
array0[2] = 0x22;
array0[3] = 0x33;
// the address of array1 is a multiple of 4 too:
unsigned char* array1 = new unsigned char[5];
array1[0] = 0x00;
array1[1] = 0x00;
array1[2] = 0x11;
array1[3] = 0x22;
array1[4] = 0x33;
// OP1: the address of the 1st operand is a multiple of 4,
// which is optimal for an unsigned int:
unsigned int anUInt0 = *((unsigned int*)array0) + 1234;
// OP2: the address of the 1st operand is not a multiple of 4:
unsigned int anUInt1 = *((unsigned int*)(array1 + 1)) + 1234;

所以问题是:

1. OP2如何慢得多相比,在x86,x86-64的OP1和Itanium处理器(如类型转换和地址递增忽视的成本)？

2. 在编写跨平台可移植代码时,关于错位数据访问应该关注哪种处理器？(我已经知道RISC了)

Answer 1

市场上的处理器太多，无法给出通用答案。唯一可以肯定的是，某些处理器根本无法进行未对齐访问；如果您的程序打算在同构环境（例如Windows）中运行，这对您来说可能很重要，也可能不重要。

在现代高速处理器中，高速缓存对齐对未对齐访问的速度的影响可能比地址对齐的影响更大。在当今的 x86 处理器上，缓存行大小为 64 字节。

有一篇维基百科文章可能提供一些一般指导：http ://en.wikipedia.org/wiki/Data_struction_alignment