C LANGUAGE TECHNOLOGY

【C言語】アラインメントの_Alignas指定子と_Alignof演算子の使い方

悩んでいる人

C言語のアラインメントの_Alignas指定子と_Alignof演算子の使い方を教えて!

こういった悩みにお答えします.

本記事の信頼性

  • リアルタイムシステムの研究歴12年.
  • 東大教員の時に,英語でOSの授業.
  • 2012年9月~2013年8月にアメリカのノースカロライナ大学チャペルヒル校コンピュータサイエンス学部2021年の世界大学学術ランキングで20位)で客員研究員として勤務.C言語でリアルタイムLinuxの研究開発
  • プログラミング歴15年以上,習得している言語: C/C++Solidity/Vyper,Java,Python,Ruby,HTML/CSS/JS/PHP,MATLAB,Assembler (x64,ARM).
  • 東大教員の時に,C++言語で開発した「LLVMコンパイラの拡張」,C言語で開発した独自のリアルタイムOS「Mcube Kernel」GitHubにオープンソースとして公開

こういった私から学べます.

【C言語】アラインメントの_Alignas指定子と_Alignof演算子

C言語のアラインメントの_Alignas指定子と_Alignof演算子はC11規格から追加された機能です.

_Alignas指定子と_Alignof演算子は,それぞれalignasとalignofとしてstdalign.hでマクロ定義されています.

stdalign.hは/usr/include以下にはなく,/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/XX/include/stdalign.hにあります(XXばGCCのバージョン番号).

本記事で紹介するコードではalignas/alignofを利用します.

_Alignas指定子は,コンパイラに対し変数をメモリ上の特定の位置に配置(アライメント)するように要求します.

キャッシュのラインサイズを考慮して設定することで,キャッシュのヒット率が向上します.

_Alignas指定子は変数に利用できますが,構造体に利用できません.

※構造体のメンバ変数には利用できます.

構造体をアラインメントしたい場合は,GCC/Clang拡張の__attribute__((aligned(XX))を利用しましょう(XXはアラインメントのバイト数).

構造体に__attribute__((aligned(XX))を利用した例はsizeof演算子の記事にあります.

C言語 sizeof演算子
【C言語】sizeof演算子の使い方

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_Alignof演算子は,指定した型がメモリ上のどの位置に配置されるか(アライメント)を取得する演算子です.

_Alignof演算子と似ているsizeof演算子は,データ型,変数,ポインタ,構造体,配列等のサイズ(大きさ)をバイト単位で計算する演算子です.

_Alignof演算子とsizeof演算子の違いを理解するために,これらの表示結果を比較します.

_Alignas指定子と_Alignof演算子の使い方

_Alignas指定子と_Alignof演算子の使い方は以下になります.

コードではalignas/alignofを利用しています.

また,比較用にsizeof演算子も利用しています.

実行結果は以下になります.

  • int型の変数iのalignof/sizeofは両方とも4バイトだが,jはalignofは64バイトでsizeofは4バイト
  • char/int/double/long double/char *型はalignof/sizeofのバイトは同じ
  • 構造体は,struct singleのみalignof/sizeofの結果は同じ,他は結果は異なる

上記の結果になった理由を考察してみましょう!

まとめ

C言語のアラインメントの_Alignas指定子と_Alignof演算子の使い方を紹介しました.

また,_Alignof演算子とsizeof演算子との表示結果を比較しました.

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