使用 AVX 載入/儲存操作時如何處理對齊問題？

如何解決AVX 載入/儲存作業的對齊問題

問題：

將YMM 暫存器與AVX 內在函數一起使用時，開發人員可能會遇到對齊問題，在嘗試儲存到未正確對齊的記憶體位址時導致程式崩潰到32 位元組邊界。此對齊問題是由於 YMM 暫存器需要 32 位元組對齊以獲得最佳效能而引起的。

解決方法：

要解決此問題，開發人員可以使用 AVX unaligned載入/儲存內在函數_mm256_loadu_ps / storeu。即使資料未正確對齊，這些內在函數也允許載入或儲存資料。雖然使用未對齊的記憶體存取可能會導致輕微的效能損失，但它可以確保程式可以運行而不會崩潰。

最佳實踐：

為了獲得最佳效能，這是通常建議盡可能將資料與 32 位元組邊界對齊。這可以在聲明數組或結構時使用alignas(32) 來實現。預設情況下，new 和 malloc 以 max_align_t 的對齊方式分配內存，這對於 AVX 操作來說可能不夠。

替代方案：

• new( std::align_val_t(32)): 在C 17 及更高版本中，此語法可以是用於以32 位元組對齊方式明確分配記憶體。
• std::aligned_alloc(32, size): 此函式嘗試以 32 位元組對齊方式指派記憶體。但需要注意的是，它要求大小是 32 的倍數。
• posix_memalign: 這個 POSIX 函數可以任意對齊方式分配記憶體。但是，它並未標準化，可能無法在所有平台上使用。
• _mm_malloc: 此 Intel 函數以 32 位元組對齊方式分配記憶體。但是，它僅與 Intel 的 MKL (_mm_whatever_ps) 函數相容，而不與標準 C 或 C 記憶體管理函數相容。
• mmap / VirtualAlloc： 可以使用系統層級函數來分配記憶體具有特定的對齊和頁面權限。對於大記憶體分配，通常建議使用此方法。

其他注意事項：

• 陣列/結構體上的對齊： C 11 及更高版本，alignas (32) 可用於陣列或結構成員以強制執行32 位元組對齊。
• C 17 中的對齊：C 17 為某些類型（如 __m256）引入了自動對齊，確保它們以正確的對齊方式分配。
• 權衡：平衡對齊要求和效能考量非常重要。未對齊的記憶體存取可能會導致效能下降，因此僅應在必要時使用它。

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