加载缓存时的数据对齐

Question

假定4字节的自然对齐。

struct Node 
{ 
int data; 
char c_data; 
}; 
int main() { 
int global = 10; 
struct Node N; 
for (register int i = 0; i < 10; i++) 
cout << global << N.data << endl; } 

如果缓存行大小为16字节，如果我的程序在访问这些环2个变量，这些变量将如何存在于缓存？假设一切都是寄存器变量。

在同一缓存行？

在不同的缓存行？

如果相同的缓存行，每个成员会在缓存中以4字节对齐的地址开始吗？像全局变量将跨越[0,3]，N将跨越[4,7] ..类似的东西？或者如果结构只有一个字符，它甚至可以从缓存行中的[5]开始。

基本上，在将数据加载到缓存中时，根据结构的大小考虑对齐还是第一个成员？

Answer 1

缓存的使用方式主要取决于代码，这是您在问题中提到但未发布的理论循环。在循环之前使用的其他变量可能优先，取决于分配在哪里的变量。即使给出了具体系统的详细源代码，也很难确切地知道会发生什么。

在内存中相邻分配的变量对缓存友好。基本上，应该有一大块相邻分配的变量可以从RAM传输到缓存，以便缓存高效。如果你在完全不同的段中有变量，那就会导致“缓存未命中”：也就是说，必须从缓存中抛出某些东西，而其他东西则必须从RAM中读取。

例如，如果您有一大块本地堆栈分配的变量，那么它们全部存储在缓存中可能会有好处。

在你的情况，global在内存的.data部分被分配和N在.bss部分分配的，所以他们是不是在所有相邻的文件，也不会加载到这个原因，相同的高速缓存行。这意味着就你而言，整个缓存的讨论甚至都不适用。

如果改为写struct Node N = {1};，那么它似乎是合理的假设变量，如果在同一个地方在代码中使用，最终将在.data分配如下（我疯狂猜测）：

4 bytes - global 
4 bytes - N.data 
4 bytes - N.c_data 

其中调整对齐以适应CPU。缓存只是镜像RAM，没有任何东西“四处移动以适应对齐” - 当变量分配到RAM中时，对齐将已经被处理。

这整个块可能会作为一个潜在的读入缓存。