F: Wie unterscheidet sich die Speicherzuweisung zwischen Structures of Arrays (SoA) und Arrays of Structures (AoS) und welche Kompromisse sind damit verbunden?

Datenlayout von Strukturen und Arrays

Speicherzuweisung für Strukturmitglieder: Kontiguität und Polsterung

In C/C definiert eine Struktur einen zusammengesetzten Datentyp, der verschiedene Mitgliedsvariablen unterschiedlicher Datentypen enthalten kann. Ob diese Mitglieder zusammenhängend im Speicher gespeichert werden, hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich des spezifischen Compilers, der Systemarchitektur und der Strukturdefinition.

In einer benutzerdefinierten Beispielstruktur mit dem Namen „test“:

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

Für eine Instanz dieser Struktur, beispielsweise „test A“, wird die Platzierung ihrer Mitglieder im Speicher vom Compiler bestimmt. In einigen Fällen können die Elemente nacheinander gespeichert werden, was zu einer Kontiguität führt. Aufgrund einer Technik namens „Padding“ können Compiler jedoch Datenstrukturen aus Ausrichtungs- oder Leistungsgründen optimieren.

Padding fügt zusätzliche Bytes zwischen Strukturmitgliedern hinzu, um eine ordnungsgemäße Ausrichtung sicherzustellen, was sich auf die Kontiguität auswirken kann. Wenn die Reihenfolge der Mitglieder in der Struktur „test“ geändert wird, zum Beispiel:

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

Der Compiler kann nach „Geschlecht“ eine Auffüllung einführen, um die Struktur an bestimmten Grenzen auszurichten.

Unterschied zwischen Structure of Arrays und Array of Structures

Die Art und Weise, wie Daten im Speicher gespeichert werden, unterscheidet sich zwischen einer Structure of Arrays (SoA) und einem Array of Structures (AoS).

Struktur von Arrays (SoA):

In SoA gibt es separate Arrays für jedes Mitglied der Struktur. Betrachten Sie beispielsweise eine Struktur mit Größen-, Alters- und Geschlechtsmitgliedern:

<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>

Array of Structures (AoS):

In AoS gibt es ein Array von Strukturinstanzen, wobei jede Instanz alle ihre Mitglieder enthält.

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

Speicherlayout:

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 verfügt über Auffüllungen zwischen Arrays, während AoS über Auffüllungen innerhalb jeder Struktur verfügt.

Kompromisse:

• Lesbarkeit: AoS macht jedes „Objekt“ besser lesbar, da seine Mitglieder gruppiert sind.
• Cache-Lokalität: AoS ist möglicherweise besser Cache-Lokalität, wenn auf Mitglieder gemeinsam zugegriffen wird.
• Effizienz: SoA kann effizienter sein, wenn Vektorisierungsmöglichkeiten offengelegt werden.
• Speichernutzung: SoA im Allgemeinen benötigt aufgrund der geringeren Polsterung weniger Speicher.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonF: Wie unterscheidet sich die Speicherzuweisung zwischen Structures of Arrays (SoA) und Arrays of Structures (AoS) und welche Kompromisse sind damit verbunden?. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!