4.5. 使用/不使用填充来对齐结构体

Intel® FPGA SDK for OpenCL™ Pro Edition: 最佳实践实践指南

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ID 683521

日期 9/26/2022

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正确的对齐结构体有助于 Intel® FPGA SDK for OpenCL™ Offline Compiler生成最高效的硬件。

正确的struct（结构体）对齐意味着该对齐可以被平均分成struct大小。

重要：请确保数据结构的4字节对齐。小于4个字节的struct对齐会导致硬件较大也更慢。硬件效率随着对齐的增加而增加。如下实例中，Pixel_s结构仅1字节对齐，但是Pixel结构是4字节对齐，由于存在一个4字节not_used整数：

typedef struct {
	char r,g,b,alpha;
} Pixel_s;

typedef union {
     Pixel_s p;
     int not_used;
} Pixel;

您还可以使用aligned属性强制4字节对齐，如以下示例代码中所示：

typedef struct {
       char r,g,b,alpha;
} __attribute__((aligned(4))) Pixel;

离线编译器符合ISO C标准，该标准要求struct对齐必须满足以下所有标准：

您可以将aligned(N)属性包含在内核代码中来设置struct对齐。如果没有对齐属性，离线编译器根据struct的大小来确定struct的数组中每个struct的对齐。请参考以下实例：

__kernel void test (struct mystruct* A,
                    struct mystruct* B)
{
    A[get_global_id(0)] = B[get_global_id(0)];
}

如果mystruct的大小是101字节，则每个加载或存储访问都是1字节对齐。如果mystruct是128字节，则每个加载或存储访问就是128字节对齐，这样就生成最高效的硬件。

当struct内的结构体字段未对齐时，则离线编译器插入填充以将它们对齐。在struct字段之间插入填充会以如下方式影响硬件效率：

要防止离线编译器插入填充，请在内核代码中包含packed属性。上述ISO C标准在确定打包或解包struct的对齐时适用。请参考以下实例：

struct mystruct1
{
    char a;
    int b;
};

mystruct1的大小是8字节。因此，struct为8字节对齐，从而实现内核中的高效访问。现在请考虑另一个实例：

struct mystruct2
{
    char a;
    int b;
    int c;
};

mystruct2的大小是12字节，并且struct是4字节对齐。因为结构体字段被填充，所以结构体未对齐，内核中的访问效率低下。

以下是struct中包含packed属性的实例：

struct __attribute__((packed)) mystruct3
{
    char a;
    int b;
    int c;
};

mystruct3的大小是16字节。因为mystruct3已对齐，并且struct字段之间无填充，因而该内核中的访问比mystruct3中的访问更有效。

要在结构体中同时包含aligned(N)和packed属性，请参考以下实例：

struct __attribute__((packed)) __attribute__((aligned(16))) mystruct5
{
    char a;
    int b;
    int c;
};

mystruct5的大小为9字节。因为aligned(16)属性，struct被存储在阵列中的16字节对齐地址。由于mystruct5为16字节对齐并且无填充，该内核中的访问效率高。

有关struct对齐以及aligned(N)和packed属性的更多信息，请参阅以下文档：