Question

我正在努力实现共享内存缓冲区而不破坏C99严格的别名规则。

假设我有一些处理一些数据的代码，需要有一些“临时”内存来运行。我可以把它写成：

void foo(... some arguments here ...) {
  int* scratchMem = new int[1000];   // Allocate.
  // Do stuff...
  delete[] scratchMem;  // Free.
}

然后我有另一个函数来做一些其他需要临时缓冲的东西：

void bar(...arguments...) {
  float* scratchMem = new float[1000];   // Allocate.
  // Do other stuff...
  delete[] scratchMem;  // Free.
}

问题是foo（）和bar（）可能在操作期间被多次调用，并且就性能和内存碎片而言，遍布整个地方的堆分配可能非常糟糕。一个明显的解决方案是分配一个适当大小的公共共享内存缓冲区，然后将其作为参数传递给foo（）和bar（），BYOB样式：

void foo(void* scratchMem);
void bar(void* scratchMem);

int main() {
  const int iAmBigEnough = 5000;
  int* scratchMem = new int[iAmBigEnough];

  foo(scratchMem);
  bar(scratchMem);

  delete[] scratchMem;
  return 0;
}

void foo(void* scratchMem) {
  int* smem = (int*)scratchMem;
  // Dereferencing smem will break strict-aliasing rules!
  // ...
}

void bar(void* scratchMem) {
  float* smem = (float*)scratchMem;
  // Dereferencing smem will break strict-aliasing rules!
  // ...
}

我想我现在有两个问题：
- 如何实现不违反别名规则的共享公共暂存内存缓冲区？ - 即使上面的代码确实违反了严格的别名规则，别名也没有“伤害”。因此，任何理智的编译器都可以生成（优化的）代码，但仍会让我遇到麻烦吗？

由于

Answer 1

实际上，你所写的并不是严格的别名冲突。

C ++ 11规范3.10.10说：

如果程序试图通过除了其中一个之外的glvalue访问对象的存储值以下类型行为未定义

因此导致未定义行为的是访问存储的值，而不仅仅是创建指向它的指针。你的例子没有违反任何规定。它需要做下一步：浮动badValue = smem [0]。 smem [0]从共享缓冲区中获取存储的值，从而产生别名冲突。

当然，在设置之前，你不会只是抓住smem [0]。你要先写信给它。分配给相同的内存不会访问存储的值，因此没有任何关联但是，在对象仍处于活动状态时写入对象的顶部是非法的。为了证明我们是安全的，我们需要3.8.4的对象寿命：

程序可以通过重用对象占用的存储空间来结束任何对象的生命周期使用非平凡的析构函数显式调用析构函数以获取类类型的对象。对于一个对象对于具有非平凡析构函数的类类型，程序不需要显式调用析构函数在重新使用或释放对象占用的存储之前; ...... [继续关于不调用析构函数的后果]

你有一个POD类型，所以很简单的析构函数，所以你可以简单地声明“int对象都在他们的生命周期结束时，我正在使用浮动空间。”然后，您可以将该空间重用于浮点数，并且不会发生别名冲突。

Answer 2

将一个对象解释为一个字节序列总是有效的（即不一个别名冲突将任何对象指针视为指向chars数组的第一个元素的指针），你可以在任何一块足够大且适当对齐的记忆中构造一个物体。

因此，您可以分配大量char个s（任何签名），并找到alignof(maxalign_t)处的偏移量;现在，您可以在那里构建适当的对象后将该指针解释为对象指针（例如，在C ++中使用placement-new）。

你当然必须确保不要写入现有对象的记忆;事实上，对象的生命周期与代表对象的内存发生的情况密切相关。

示例：

char buf[50000];

int main()
{
    uintptr_t n = reinterpret_cast<uintptr_t>(buf);
    uintptr_t e = reinterpret_cast<uintptr_t>(buf + sizeof buf);

    while (n % alignof(maxalign_t) != 0) { ++n; }

    assert(e > n + sizeof(T));

    T * p = :: new (reinterpret_cast<void*>(n)) T(1, false, 'x');

    // ...

    p->~T();
}

请注意，malloc或new char[N]获取的内存总是对齐以进行最大对齐（但不是更多，您可能希望使用过度对齐的地址）。< / p>

Answer 3

如果使用union来保存int和float变量，那么可以通过严格别名来传递。有关这方面的更多信息请参阅 http://cellperformance.beyond3d.com/articles/2006/06/understanding-strict-aliasing.html

另见以下文章。

http://blog.regehr.org/archives/959

他提供了一种使用工会来做到这一点的方法。

C ++中的共享内存缓冲区，不违反严格的别名规则

3 个答案: