在 x86-64 中访问 32 位整数数组是不是存在性能损失？

Posted 2023-02-17

【中文标题】在 x86-64 中访问 32 位整数数组是不是存在性能损失？

【英文标题】：Is there a performance penalty access an array of 32-bit integers in x86-64?在 x86-64 中访问 32 位整数数组是否存在性能损失？

【发布时间】：2012-09-16 20:50:19

【问题描述】：

对不起，如果这个问题听起来很愚蠢。我只是模糊地意识到数据对齐的问题，从未做过任何 64 位编程。我现在正在处理一些 32 位 x86 代码。它经常访问一个 int 数组。有时会读取一个 32 位整数。有时会读取两个或多个。在某些时候，我想将代码设为 64 位。我不确定是否应该将此 int 数组声明为 int 或 long int。我宁愿保持整数的宽度相同，所以我不必担心差异。我有点担心，虽然读/写与自然词不一致的地址可能会很慢。

【问题讨论】：

如果你想要固定宽度的整数试试：int32_t in <stdint.h>

int 是架构的自然类型。除非你有充分的理由使用不同的类型，否则不要。

@PeteBecker 不，不是。 int 在今天的大多数系统上仍然只有 32 位。

AFAIK 访问由 4 对齐但不是 8 对齐的 dword 不会受到惩罚。

@Mysticial - 来自 C++ 标准：“普通整数具有执行环境架构所建议的自然大小”。如果“今天的大多数系统”不这样做，那么系统设计就会出现严重问题。 （但请注意，“系统”没有定义整数大小；编译器会定义）。

【参考方案1】：

仅当加载或存储跨越对齐边界时才会发生未对齐惩罚。边界通常是以下两者中较小的一个：

硬件的自然字长。 （32 位或 64 位*） 数据类型的大小。

如果您在 64 位（8 字节）架构上加载 4 字节字。它不需要是 8 字节对齐的。只需 4 字节对齐即可。

同样，如果您在任何机器上加载 1 字节字符，则根本不需要对齐。

_{*请注意，SIMD 向量可能意味着更大的自然字长。例如，16 字节 SSE 在 x86 和 x64 上仍然需要 16 字节对齐。 （除非显式未对齐的加载/存储）}

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简而言之，您不必担心数据对齐问题。语言和编译器非常努力地避免您担心它。

所以只要坚持使用对您最有意义的任何数据类型。

【参考方案2】：

64 位 x86 CPU 仍针对有效处理 32 位值进行了高度优化。即使在 64 位操作系统上，访问 32 位值至少与访问 64 位值一样快。实际上，它实际上会更快，因为消耗的缓存空间和内存带宽更少。

【参考方案3】：

这里有很多有用的信息： Performance 32 bit vs. 64 bit arithmetic

更多信息https://superuser.com/questions/56540/32-bit-vs-64-bit-systems，其中答案声称最严重的速度下降了 5%（从应用程序的角度来看，而不是单个操作）。

简短的回答是否定的，您不会受到性能影响。

【参考方案4】：

每当您访问任何内存位置时，都会将整个缓存行读入 L1 缓存，并且对该行中任何内容的任何后续访问都尽可能快。除非您的 32 位访问跨越缓存线（如果它在 32 位对齐上则不会），否则它将与 64 位访问一样快。

【讨论】：

不完全。访问 1 个值将是相同的。如果您访问同一高速缓存行中的另一个 32 位值，它将已经存在-您甚至可以使用“后续...”来说明这一点。由于每个缓存行加载更多数据元素，因此使用较小的数据大小通常对缓存更友好。