使用 AVX 加载/存储操作时如何处理对齐问题？

如何解决 AVX 加载/存储操作的对齐问题

问题：

将 YMM 寄存器与 AVX 内在函数一起使用时，开发人员可能会遇到对齐问题，在尝试存储到未正确对齐的内存地址时导致程序崩溃到 32 字节边界。此对齐问题是由于 YMM 寄存器需要 32 字节对齐以获得最佳性能而引起的。

解决方法：

要解决此问题，开发人员可以使用 AVX unaligned加载/存储内在函数_mm256_loadu_ps / storeu。即使数据未正确对齐，这些内在函数也允许加载或存储数据。虽然使用未对齐的内存访问可能会导致轻微的性能损失，但它可以确保程序可以运行而不会崩溃。

最佳实践：

为了获得最佳性能，这是通常建议尽可能将数据与 32 字节边界对齐。这可以在声明数组或结构时使用alignas(32) 来实现。默认情况下，new 和 malloc 以 max_align_t 的对齐方式分配内存，这对于 AVX 操作来说可能不够。

替代方案：

• new( std::align_val_t(32)): 在 C 17 及更高版本中，此语法可以是用于以 32 字节对齐方式显式分配内存。
• std::aligned_alloc(32, size): 此函数尝试以 32 字节对齐方式分配内存。但需要注意的是，它要求大小是 32 的倍数。
• posix_memalign: 这个 POSIX 函数可以以任意对齐方式分配内存。但是，它并未标准化，可能无法在所有平台上使用。
• _mm_malloc: 此 Intel 函数以 32 字节对齐方式分配内存。但是，它仅与 Intel 的 MKL (_mm_whatever_ps) 函数兼容，而不与标准 C 或 C 内存管理函数兼容。
• mmap / VirtualAlloc： 可以使用系统级函数来分配内存具有特定的对齐和页面权限。对于大内存分配，通常建议使用此方法。

其他注意事项：

• 数组/结构体上的对齐： C 11 及更高版本，alignas(32) 可用于数组或结构成员以强制执行32 字节对齐。
• C 17 中的对齐：C 17 为某些类型（如 __m256）引入了自动对齐，确保它们以正确的对齐方式分配。
• 权衡：平衡对齐要求和性能考虑非常重要。未对齐的内存访问可能会导致性能下降，因此仅应在必要时使用它。

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