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UE C++ 里的内存对齐 ​

基础 ​

struct 和 class 的内存大小 ​

两个决定因素：

  • 每个成员变量占据一定的字节数
  • 成员变量之间的padding，内存对齐

一个简单的结构体示例：

cpp
struct Example2 {
    char a;      // 1 byte
    double b;    // 8 bytes
    int c;       // 4 bytes
};

它的sizeof 是 24 bytes, alignof 是 8 bytes。

它的内存布局可以看出，它是用最大的成员（double b）来对齐的：

txt
偏移量: 0    1    2    3    4    5    6    7    8    9    10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23
       +----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+
内容:   | a  |pad |pad |pad |pad |pad |pad |pad | b  | b  | b  | b  | b  | b  | b  | b  | c  | c  | c  | c  |pad |pad |pad |pad |
       +----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+
说明:   |<-- char -->|<------ padding ----->|<---------- double ---------->|<---- int ---->|<---- padding ---->|
       |<-------------------------- 24 bytes total --------------------------->|

这造成了非常多无用的padding，导致内存浪费。可以调整成员变量的位置来减少浪费：

cpp
struct Example2Optimized {
    double b;    // 8 bytes
    int c;       // 4 bytes
    char a;      // 1 byte
    // 只需要 3 字节的填充
};

优化后的内存布局：

txt
偏移量: 0    1    2    3    4    5    6    7    8    9    10   11   12   13   14   15
       +----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+
内容:   | b  | b  | b  | b  | b  | b  | b  | b  | c  | c  | c  | c  | a  |pad |pad |pad |
       +----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+
       |<---------- double ---------->|<---- int ---->|<-char->|<-padding->|
       |<---------------------- 16 bytes total ---------------------->|

它的sizeof 是 16 bytes, alignof 是 8 bytes。大大减少了内存浪费。

尽量将大尺寸类型放在前面可以减少填充字节。

C++ 11 的 alignas 和 alignof ​

上面的示例可以看出，alignof 通常返回成员变量中最大的成员的大小。 alignas 是一个 C++11引入的关键字，可以用来显式指定 class 或 struct 的对齐方式。

示例：

cpp
#include <iostream>
#include <cstddef>

alignas(16) class AlignedExample {
    char c;  // 1字节
    int i;   // 4字节
};

int main() {
    std::cout << "Alignment of AlignedExample: " << alignof(AlignedExample) << std::endl; // 输出 16
    return 0;
}

上述代码中，alignas(16) 强制 AlignedExample 的对齐为 16 字节。

还可以：

cpp
alignas(8) uint8 Data[14];  // Data数组起始地址将按8字节对齐
struct alignas(16) VectorRegister4Double { ... }  // 结构体按16字节对齐 
class alignas(16) FAABBVectorized { ... }  // 类按16字节对齐

用于指定变量的内存对齐时：

// 假设我们在内存中连续声明以下变量
uint8 normalVar;          // 假设被分配到地址 1001
alignas(8) uint8 alignedData[14];  // 会被分配到第一个能被8整除的地址，比如 1008
uint8 anotherVar;        // 假设被分配到地址 1022

图解说明：

txt
内存地址:  1001 1002 1003 1004 1005 1006 1007 1008 1009 1010 1011 ...  1021 1022
                                            |
                                            +----- alignedData的起始地址
                                                  (确保是8的倍数)

看下每个变量的位置：
1001: normalVar 
1008: alignedData[0]    <-- 注意这里是8的倍数
1009: alignedData[1]
1010: alignedData[2]
...
1021: alignedData[13]
1022: anotherVar

UE 的 Align 模板函数 ​

简单地说，这个函数用于将一个值向上对齐到Alignment的倍数。比如:

  • Align(5, 4) = 8
  • Align(8, 4) = 8
  • Align(9, 4) = 12

这段代码确保ComponentDataPtr按照缓存行大小对齐:

cpp
uint8 Alignment = FMath::Max<uint8>(PLATFORM_CACHE_LINE_SIZE, TypeInfo.Alignment);
ComponentDataPtr = Align(ComponentDataPtr, Alignment);

假设 ComponentDataPtr 当前指向地址 1005

Alignment 是 8

那么 Align(1005, 8) 会返回 1008

txt
// 内存示意图：
// 地址:    1000 1001 1002 1003 1004 1005 1006 1007 1008 1009
//                                    ^                 ^
//                                    |                 |
//                               当前位置          对齐后位置