如何设计性能对象

Question

在最近读一本关于物理引擎开发的书时 ，我遇到了一个我以前从未考虑过的设计决策。 这与CPU处理内存中的原始字节的方式有关。

考虑以下课程：

class Foo
{
    public:
        float x;
        float y;
        float z;

        /* Constructors and Methods */

    private:
        float padding;
}

作者声称填充，在x86架构中将对象的大小增加到四字，可以显着提高性能。 这是因为4个单词在内存中比3更干净 ，这是什么意思？ 用冗余数据填充对象以提高性能对我来说似乎很矛盾。

这也引出了另一个问题，那些大小为1或2个单词的对象呢？ 如果我的班级是这样的：

class Bar
{
    public:
        float x;
        float y;

        /* Constructors and Methods */

    private:
        /* padding ?? */
}

我应该在这个类中添加填充，以便它在内存中更干净地放置吗？

Answer 1

编译器有责任决定合理的填充（假设是典型的访问模式）。 编译器确实比你想象的更了解你的机器。 此外，你的机器将与你在一起几年; 该计划将持续数十年，在各种平台上运行，受到令人难以置信的各种使用模式的影响。 对于今天的i7来说，最好的是明天的i8或ARMv11。

为追求难以捉摸的“性能”而混淆的代码完全属于过早优化 。 永远记住你的时间（写作，测试，调试，一周后再次理解，调整代码）比可能浪费的计算机时间要贵得多（除非所说的代码每天在数百万台机器上运行数千次） ， 那是）。 代码调整完全没有任何意义，直到你有足够的事实表明性能不够， 测量结果告诉你，改变这种结构是一个值得担心的瓶颈。

Answer 2

处理器并不像人类那样逐字节地“读取”存储器，它们按块处理块，可变大小取决于处理器。 它被称为内存访问粒度;

通过“内存对齐”您的对象，访问时间可能更快，您还可以避免数据碎片。

您可以在此处阅读有关数据对齐的更多信息

编辑：我不是说这是一个好的或坏的做法，只是分享我所知道的。

Answer 3

在回答这个问题时，有两个非常重要的事情要说。

首先，如果您要调整代码以获得性能优势，并且如果您认为值得（无论出于何种原因），您必须首先编写基准。 你必须能够尝试两者并衡量差异。

其次，这种调整将取决于汇编语言如何与硬件交互。 您必须能够阅读汇编语言代码并理解不同的指令集和硬件访问模式，以便了解这些调整可能起作用的原因。

最后，你的问题没有孤立的答案。 这取决于这些对象是单独分配还是集合; 他们旁边是否还有其他物品; 以及编译器如何为每种情况生成代码。 在所有可能的情况下，二次幂边界上的对齐将比未对齐更快，但是适合高速缓存的集合比不这样做的集合更快。 我不希望填充8或4字节来提高性能，但如果它很重要，我会尝试并测试结果。