C++でアライメントを意識したので覚書

はじめに

初めてC++に触れてから約4年。
恥ずかしながら初めてアライメントを意識したので、覚書としてまとめておきます。

なぜ意識したか

八分木による空間分割を実装していた時の話です。
静的に分割を行うと常時 空間数(約240k)*クラスサイズB のメモリが必要になりました。
そのためクラスサイズを落とせないか考えるうちに、意識した次第です。

アライメントとは

記憶装置にデータを書き込む際、書き込むデータの大きさや先頭の位置（アドレス）を、装置の管理単位の整数倍になるように調節すること。例えば、4バイト単位でメインメモリを管理してるコンピュータで、メモリ上に置くデータの先頭アドレスが4の倍数になるように調節する。こうすることで、装置がデータの読み書きを効率良く行うことができるようになり、処理効率の向上が見込める。※1

だそうです。
これを意識しないと、無駄な領域を発生させてしまいます。

アライメントを意識しないと

class A // 4B
{
    A* pA;
};

class B // 8B
{
    bool hoge;
    bool foo;
    B* pB;
};

class C // 12B
{
    bool hoge;
    c* pC;
    bool foo;
};

BとCの内容は同じですが,Cにパディングが挿入され4バイト無駄にしています。※2
これが既述の八分木で起きた場合、約10MBもの無駄が発生してしまいます。
これを抑えるために、アライメントを意識してメンバを並べなければいけません。

アライメントを意識する上で必要なこと

パディングが挿入されないように並べるためには、データのサイズを知っておく必要があります。
全ての型のサイズを覚えるのは厳しいので、有名所を書いておきます。
64bitCpu:VisualStudio2015:x86環境で実行しています
・組み込み型

型	サイズ(バイト)
int	4
unsigned int	4
char	1
unsigned char	1
short	2
unsigned short	2
__int64	8
bool	1
float	4
double	8

・参照
参照のサイズに付いては別の記事で書かれていました。
ポインタのサイズと同等と考えて良さそうです。

・ポインタ
ポインタはx86の場合4バイト、x64の場合8バイトです。

・コンテナ

型	サイズ(バイト)
list	12
vector	16
deque	20
forward_list	8
map	12
unordered_map	40
unordered_set	40
array	要素サイズ*要素数

デフォルトテンプレート引数を変更しない場合の数値です。

・その他

型	サイズ(バイト)
string	28
shared_ptr	8
function	40
system_clock	1
thread	8
mutex	48
type_index	4

まとめ

数バイトですが無駄な領域です。
プロジェクト全体となれば結構な量になるはずです。
細かいことですが、気にかけてみては如何でしょうか？

註釈

※1 知的快楽主義者の備忘録 Wiki様
http://wikiwiki.jp/takemaster/?IT%CD%D1%B8%EC%2F%A5%A2%A5%E9%A5%A4%A5%E1%A5%F3%A5%C8%20%A1%DA%20alignment%20%A1%DB%20%A5%A2%A5%E9%A5%A4%A5%F3%A5%E1%A5%F3%A5%C8

※2 64bitCpu、VisualStudio2015でx86環境で実行しています。

今回のプロジェクトはここで公開しています。