Макет в памяти структуры. структура массивов и массив структур в C/С++

В C/С++ предположим, что я определяю простую структуру с именем point следующим образом.

struct test
{
double height;
int    age;
char   gender;
}

Для конкретного экземпляра этой структуры говорят, что test A являются A.height, A.age, A.gender смежными в памяти?

В более общем плане, как выглядят макеты в памяти для структуры массивов и массива структур? Изображение было бы действительно полезно.

Ответ 1

Они не обязательно будут смежными в памяти. Это связано с структурой прокладки.

Однако в вашем конкретном случае это может быть очень смежным. Но если вы изменили порядок на что-то вроде этого:

struct test
{
    char   gender;
    int    age;
    double height;
}

то они, скорее всего, не будут. Однако в вашем конкретном случае вы, вероятно, получите дополнение после gender, чтобы перестроить структуру до 8 байтов.

Разница между SoA (Struct of Arrays) и AoS ( Array of Structs) будет выглядеть так:

SoA:

-----------------------------------------------------------------------------------
| double | double | double | *pad* | int | int | int | *pad* | char | char | char |
-----------------------------------------------------------------------------------

AoS:

-----------------------------------------------------------------------------------
| double | int | char | *pad* | double | int | char | *pad* | double | int | char |
-----------------------------------------------------------------------------------

Обратите внимание, что AoS прокладывает внутри каждой структуры. В то время как SoA прокладывает между массивами.

Они имеют следующие компромиссы:

AoS имеет тенденцию быть более читабельным для программиста, поскольку каждый "объект" хранится вместе.
AoS может иметь лучшую локальность кэша, если к нему будут доступны все члены структуры.
SoA потенциально может быть более эффективным, так как группирование одинаковых типов данных иногда выставляет векторизацию.
Во многих случаях SoA использует меньше памяти, потому что заполнение происходит только между массивами, а не между каждой структурой.

Ответ 2

Отдельные поля смежны в том смысле, что между ними не будут храниться другие переменные. Они также гарантированно хранятся в том порядке, в котором вы заявили. Но компилятор может свободно вставлять промежутки между отдельными полями, например, для выравнивания объектов до границ слов. Итак, следующее:

struct test
{
    double height;
    char   gender;
    int    age;
};

может выглядеть так в памяти:

         +7  +6  +5  +4  +3  +2  +1  +0
        +---+---+---+---+---+---+---+---+
0x0000  |            height             |
        +---+---+---+---+---+---+---+---+
0x0008  |      age      |           |gen|
        +---+---+---+---+---+---+---+---+

Что касается разницы между SoA и AoS, они выложены точно так, как вы могли себе представить.

Ответ 3

Кроме стандартного отказа от слова "это зависит от вашей платформы, компилятора, бла-бла-блаха"... да, height, age и gender будет смежным в памяти без промежуточного промежутка между ними:

height|age|gender

Однако, если у вас есть массив test, каждый элемент массива будет иметь отступы между ними после каждого gender, чтобы следующий элемент height был правильно выровнен.

Если ваша цель состоит в том, чтобы использовать наименьший объем памяти, тогда вы должны пойти со структурой массивов, поскольку он не использует отступы.

|height0|height1|...

|age0|age1|...

|gender0|gender1|...