Q: メモリ割り当ては、配列構造体 (SoA) と構造体配列 (AoS) でどのように異なりますか?また、どのようなトレードオフが関係していますか?

構造体と配列のデータ レイアウト

構造体メンバーのメモリ割り当て: 連続性とパディング

C/C では、構造体は、異なるデータ型のさまざまなメンバー変数を含む複合データ型を定義します。これらのメンバーがメモリ内に連続して格納されるかどうかは、特定のコンパイラ、システム アーキテクチャ、構造体定義などのいくつかの要因によって決まります。

「test」という名前のカスタム サンプル構造体の場合:

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

この構造体のインスタンス (たとえば「テスト A」) の場合、メモリ内のメンバーの配置はコンパイラによって決定されます。場合によっては、メンバーが連続して格納されるため、連続性が生じることがあります。ただし、「パディング」と呼ばれる手法により、コンパイラはアライメントやパフォーマンス上の理由からデータ構造を最適化する場合があります。

パディングは、適切なアライメントを確保するために構造体のメンバー間に余分なバイトを追加しますが、これは連続性に影響を与える可能性があります。 「test」構造体のメンバーの順序が変更された場合、たとえば

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

コンパイラは、構造体を特定の境界に揃えるために「gender」の後にパディングを導入することがあります。

配列の構造体と構造体の配列の違い

配列の構造体 (SoA) と構造体の配列 (AoS) では、データがメモリに格納される方法が異なります。

配列の構造 (SoA):

SoA では、構造のメンバーごとに個別の配列があります。たとえば、身長、年齢、性別のメンバーを含む構造体を考えてみましょう。

<code class="cpp">struct person {
    double height;
    int    age;
    char   gender;
};

double heights[] = {5.6, 5.8, ...};
int ages[] = {22, 25, ...};
char genders[] = {'F', 'M', ...};</code>

構造体の配列 (AoS):

AoS には配列があります。各インスタンスにはそのすべてのメンバーが含まれます。

<code class="cpp">struct person {
    double height;
    int    age;
    char   gender;
} people[] = {{5.6, 22, 'F'}, {5.8, 25, 'M'}, ...};</code>

メモリ レイアウト:

SoA:

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

AoS:

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

SoA には配列間にパディングがありますが、AoS には各構造体内にパディングがあります。

トレードオフ:

• 可読性: AoS では、メンバーがグループ化されるため、各「オブジェクト」がより読みやすくなります。
• キャッシュの局所性: AoS の方が優れている可能性があります。メンバーが一緒にアクセスされる場合のキャッシュの局所性。
• 効率: ベクトル化の機会が公開されている場合、SoA はより効率的になります。
• メモリ使用量: SoA 一般パディングが削減されるため、必要なメモリが少なくなります。

以上がQ: メモリ割り当ては、配列構造体 (SoA) と構造体配列 (AoS) でどのように異なりますか?また、どのようなトレードオフが関係していますか?の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。