C/C 構造のレイアウトはパフォーマンスとメモリ効率にどのような影響を与えますか?

C/C でのメモリ割り当てと構造体レイアウト

C/C で構造体 (「test」構造体など) を定義する場合:

<code class="c">struct test
{
   double height;
   int    age;
   char   gender;
}</code>

メンバー (A.height、A.age、A.gender) がメモリ内に連続して保存されることは保証されません。これは、構造体のパディングとして知られる概念によるものです。

ただし、場合によっては、メンバーが連続して格納される場合があります。たとえば、構造体が

<code class="c">struct test
{
    char   gender;
    int    age;
    double height;
}</code>

として定義されている場合、メンバーは連続している可能性が高くなります。ただし、この場合でも、構造体を特定の境界に揃えるために「gender」メンバーの後にパディングが追加される場合があります。

配列の構造体および構造体の配列のメモリ レイアウト

構造体と配列を伴う一般的なデータ構造には、配列構造 (SoA) と構造体の配列 (AoS) の 2 つがあります。

SoA (配列構造):

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

SoA では、構造体のメンバーは連続した配列に格納されます。これは、すべての構造体にわたる特定のメンバーを反復処理する操作の場合により効率的です。

AoS (構造体の配列):

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

AoS では、各構造体メモリの連続ブロックとして保存されます。これは、単一の構造体のすべてのメンバーにまとめてアクセスする場合により有益です。

SoA と AoS 間のトレードオフ:

• AoS: 可読性が向上する可能性があります。キャッシュの局所性の向上
• SoA: ベクトル化の可能性、メモリ使用量の削減

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