问：数组结构 (SoA) 和结构数组 (AoS) 之间的内存分配有何不同，涉及哪些权衡？

结构体和数组的数据布局

结构体成员的内存分配：连续性和填充

在C/C中，结构体定义了一种复合数据类型，其中可能包含不同数据类型的各种成员变量。这些成员是否连续存储在内存中取决于多个因素，包括特定的编译器、系统架构和结构体定义。

在名为“test”的自定义示例结构体中：

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

对于此结构的实例（例如“测试 A”），其成员在内存中的位置由编译器确定。在某些情况下，成员可能会按顺序存储，从而导致连续性。但是，由于一种称为“填充”的技术，编译器可能会出于对齐或性能原因优化数据结构。

填充会在结构成员之间添加额外的字节以确保正确对齐，这可能会影响连续性。如果“test”结构中成员的顺序发生更改，例如：

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

编译器可能会在“gender”后面引入填充，以使结构与特定边界对齐。

数组结构和结构数组之间的区别

数组结构（SoA）和结构数组（AoS）之间数据存储在内存中的方式不同。

数组结构 (SoA)：

在 SoA 中，结构的每个成员都有单独的数组。例如，考虑一个包含身高、年龄和性别成员的结构：

<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>

结构数组 (AoS)：

在 AoS 中，有一个数组结构体实例，每个实例包含其所有成员。

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

内存布局：

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 在数组之间有填充，而 AoS 在每个结构内有填充。

权衡：

• 可读性：AoS 使每个“对象”在其成员分组时更具可读性。
• 缓存局部性：AoS 可能有更好的性能如果一起访问成员，则缓存局部性。
• 效率：如果暴露矢量化机会，SoA 会更高效。
• 内存使用情况： SoA 一般由于填充减少，需要更少的内存。

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