web-dev-qa-db-ja.com

std :: vectorにアライメントされたメモリを割り当てさせる

std::vectorのカスタム構造体に、SIMD命令でさらに処理するためにアライメントされたメモリを割り当てることは可能ですか？ Allocatorで処理できる場合、誰かが共有できるアロケーターを持っているでしょうか？

c++memory-managementmemory-alignmentallocator
45
Violet Giraffe

編集： GManNickGが示唆するstd::allocatorの継承を削除し、アライメントパラメーターをコンパイル時のものにしました。

私は最近このコードを書きました。私が望むほどテストされていないので、エラーを報告してください。 :-)

enum class Alignment : size_t
{
    Normal = sizeof(void*),
    SSE    = 16,
    AVX    = 32,
};


namespace detail {
    void* allocate_aligned_memory(size_t align, size_t size);
    void deallocate_aligned_memory(void* ptr) noexcept;
}


template <typename T, Alignment Align = Alignment::AVX>
class AlignedAllocator;


template <Alignment Align>
class AlignedAllocator<void, Align>
{
public:
    typedef void*             pointer;
    typedef const void*       const_pointer;
    typedef void              value_type;

    template <class U> struct rebind { typedef AlignedAllocator<U, Align> other; };
};


template <typename T, Alignment Align>
class AlignedAllocator
{
public:
    typedef T         value_type;
    typedef T*        pointer;
    typedef const T*  const_pointer;
    typedef T&        reference;
    typedef const T&  const_reference;
    typedef size_t    size_type;
    typedef ptrdiff_t difference_type;

    typedef std::true_type propagate_on_container_move_assignment;

    template <class U>
    struct rebind { typedef AlignedAllocator<U, Align> other; };

public:
    AlignedAllocator() noexcept
    {}

    template <class U>
    AlignedAllocator(const AlignedAllocator<U, Align>&) noexcept
    {}

    size_type
    max_size() const noexcept
    { return (size_type(~0) - size_type(Align)) / sizeof(T); }

    pointer
    address(reference x) const noexcept
    { return std::addressof(x); }

    const_pointer
    address(const_reference x) const noexcept
    { return std::addressof(x); }

    pointer
    allocate(size_type n, typename AlignedAllocator<void, Align>::const_pointer = 0)
    {
        const size_type alignment = static_cast<size_type>( Align );
        void* ptr = detail::allocate_aligned_memory(alignment , n * sizeof(T));
        if (ptr == nullptr) {
            throw std::bad_alloc();
        }

        return reinterpret_cast<pointer>(ptr);
    }

    void
    deallocate(pointer p, size_type) noexcept
    { return detail::deallocate_aligned_memory(p); }

    template <class U, class ...Args>
    void
    construct(U* p, Args&&... args)
    { ::new(reinterpret_cast<void*>(p)) U(std::forward<Args>(args)...); }

    void
    destroy(pointer p)
    { p->~T(); }
};


template <typename T, Alignment Align>
class AlignedAllocator<const T, Align>
{
public:
    typedef T         value_type;
    typedef const T*  pointer;
    typedef const T*  const_pointer;
    typedef const T&  reference;
    typedef const T&  const_reference;
    typedef size_t    size_type;
    typedef ptrdiff_t difference_type;

    typedef std::true_type propagate_on_container_move_assignment;

    template <class U>
    struct rebind { typedef AlignedAllocator<U, Align> other; };

public:
    AlignedAllocator() noexcept
    {}

    template <class U>
    AlignedAllocator(const AlignedAllocator<U, Align>&) noexcept
    {}

    size_type
    max_size() const noexcept
    { return (size_type(~0) - size_type(Align)) / sizeof(T); }

    const_pointer
    address(const_reference x) const noexcept
    { return std::addressof(x); }

    pointer
    allocate(size_type n, typename AlignedAllocator<void, Align>::const_pointer = 0)
    {
        const size_type alignment = static_cast<size_type>( Align );
        void* ptr = detail::allocate_aligned_memory(alignment , n * sizeof(T));
        if (ptr == nullptr) {
            throw std::bad_alloc();
        }

        return reinterpret_cast<pointer>(ptr);
    }

    void
    deallocate(pointer p, size_type) noexcept
    { return detail::deallocate_aligned_memory(p); }

    template <class U, class ...Args>
    void
    construct(U* p, Args&&... args)
    { ::new(reinterpret_cast<void*>(p)) U(std::forward<Args>(args)...); }

    void
    destroy(pointer p)
    { p->~T(); }
};

template <typename T, Alignment TAlign, typename U, Alignment UAlign>
inline
bool
operator== (const AlignedAllocator<T,TAlign>&, const AlignedAllocator<U, UAlign>&) noexcept
{ return TAlign == UAlign; }

template <typename T, Alignment TAlign, typename U, Alignment UAlign>
inline
bool
operator!= (const AlignedAllocator<T,TAlign>&, const AlignedAllocator<U, UAlign>&) noexcept
{ return TAlign != UAlign; }

実際のallocateコールの実装はposixのみですが、簡単に拡張できます。

void*
detail::allocate_aligned_memory(size_t align, size_t size)
{
    assert(align >= sizeof(void*));
    assert(nail::is_power_of_two(align));

    if (size == 0) {
        return nullptr;
    }

    void* ptr = nullptr;
    int rc = posix_memalign(&ptr, align, size);

    if (rc != 0) {
        return nullptr;
    }

    return ptr;
}


void
detail::deallocate_aligned_memory(void *ptr) noexcept
{
    return free(ptr);
}

C++ 11が必要です。

28
Florian

今後のバージョン1.56では、BoostライブラリにBoost.Alignが含まれます。他のメモリアライメントヘルパーの中でも、boost::alignment::aligned_allocatorを提供します。これは、std::allocatorのドロップイン置換として使用でき、アライメントを指定できます。 https://boostorg.github.io/align/ のドキュメントを参照してください

21
tklauser

はい、可能です。この質問をグーグルに置くと、多くのサンプルコードが得られます。以下は有望な結果です：

https://bitbucket.org/marten/alignedallocator/wiki/Home

http://code.google.com/p/mastermind-strategy/source/browse/trunk/src/util/aligned_allocator.hpp?r=167

https://Gist.github.com/1471329

3
marcinj