加載緩存時的數據對齊

Question

假定4字節的自然對齊。

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; } 

如果緩存行大小爲16字節，如果我的程序在訪問這些環2個變量，這些變量將如何存在於緩存？假設一切都是寄存器變量。

在同一緩存行？

在不同的緩存行？

如果相同的緩存行，每個成員會在緩存中以4字節對齊的地址開始嗎？像全局變量將跨越[0,3]，N將跨越[4,7] ..類似的東西？或者如果結構只有一個字符，它甚至可以從緩存行中的[5]開始。

基本上，在將數據加載到緩存中時，根據結構的大小考慮對齊還是第一個成員？

Answer 1

緩存的使用方式主要取決於代碼，這是您在問題中提到但未發佈的理論循環。在循環之前使用的其他變量可能優先，取決於分配在哪裏的變量。即使給出了具體系統的詳細源代碼，也很難確切地知道會發生什麼。

在內存中相鄰分配的變量對緩存友好。基本上，應該有一大塊相鄰分配的變量可以從RAM傳輸到緩存，以便緩存高效。如果你在完全不同的段中有變量，那就會導致「緩存未命中」：也就是說，必須從緩存中拋出某些東西，而其他東西則必須從RAM中讀取。

例如，如果您有一大塊本地堆棧分配的變量，那麼它們全部存儲在緩存中可能會有好處。

在你的情況，global在內存的.data部分被分配和N在.bss部分分配的，所以他們是不是在所有相鄰的文件，也不會加載到這個原因，相同的高速緩存行。這意味着就你而言，整個緩存的討論甚至都不適用。

如果改爲寫struct Node N = {1};，那麼它似乎是合理的假設變量，如果在同一個地方在代碼中使用，最終將在.data分配如下（我瘋狂猜測）：

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

其中調整對齊以適應CPU。緩存只是鏡像RAM，沒有任何東西「四處移動以適應對齊」 - 當變量分配到RAM中時，對齊將已經被處理。

這整個塊可能會作爲一個潛在的讀入緩存。