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c++ - AVX2：分配给 __m256i 类成员时出现分段错误

问题描述

我目前正在将一个广泛使用 AVX2 原语的命令式 C++ 程序重构为一个结构良好的基于​​类的程序。不幸的是，我在分配给具有 AVX2 数据类型的类成员时遇到了段错误。

我在 WSL 中使用：

gcc version 6.3.0 20170516 (Debian 6.3.0-18+deb9u1)

使用标志编译：

g++ -mavx2 -g minimal.cpp

重现段错误的最小代码示例是：

#include <immintrin.h>

class MyClass
{
    public:
        MyClass(int* arr);
        __m256i value;
};

MyClass::MyClass(int* arr){
    this->value = _mm256_set_epi32(arr[0], arr[1], arr[2], arr[3], arr[4], arr[5], arr[6], arr[7]);
}

int main(){
    int arr[8] = {0x0,0x1,0x2,0x3,0x4,0x5,0x6,0x7};
    MyClass* m = new MyClass(arr);
}

GDB 输出：

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x00000000080007cf in MyClass::MyClass (this=0x8413e70, arr=0x7ffffffedd90) at minimal.cpp:11
11          this->value = _mm256_set_epi32(arr[0], arr[1], arr[2], arr[3], arr[4], arr[5], arr[6], arr[7]);

我已经尝试在构造函数之后分配类成员，同样的段错误。

更新：这是一个相关的问题，但它不是重复的。（这里：关注班级成员，与“新”的关系只有在最初的问题之后才变得明显）

标签： c++segmentation-faultmemory-alignmentavxavx2

解决方案

正如 Peter Cordes 在上面的评论中已经提到的，这里的问题是new不尊重 C++17 之前的扩展对齐。（请参阅C++17 中采用的[P0035R4]new以使内存可用于多于alignof(maxalign_t)对齐的内存）。

GCC7 及更高版本支持用-std=gnu++17or -std=c++17（或只是-faligned-new）对齐新的。operator new如果您打开这些选项，您的代码将 Just Work™ 并自动传递所需的对齐方式。

但是较旧的 GCC，包括您的 6.3，没有，因此您必须手动确保获得正确对齐的内存。有几种方法可以做到这一点。

_mm_alloc评论中已经提到了。在 GCC 上，_mm_alloc似乎基本上映射到posix_memalign，所以你也可以直接使用它。一个可移植的 C++11 解决方案将分配一个足够大的缓冲区以容纳您的类的一个对象，以及在开始时填充所需的任何空间以确保正确对齐。然后，您可以使用std::align并放置 new在适当对齐的地址处构造您的对象。

话虽如此，无论您选择哪种分配正确对齐的内存的方法，我都强烈建议通过为您的类提供分配和释放函数来封装这些东西。对齐要求是类型本身的一个属性，它不应该由你的类的用户知道，由于一个实现细节，比如它有一个 type 的成员__m256i，任何类型的对象MyClass都有扩展的对齐要求，无论何时通过新表达式分配此类对象时都必须考虑这一点。您应该禁止通过新表达式创建这种类型的对象，或者提供必要的工具以使该类型与新表达式一起正常工作……

C++11 解决方案可能如下所示：

#include <cstddef>
#include <memory>

#include <immintrin.h>

class MyClass
{
    __m256i value;

public:
    MyClass(const int* arr)
    {
        this->value = _mm256_set_epi32(arr[0], arr[1], arr[2], arr[3], arr[4], arr[5], arr[6], arr[7]);
    }

    void* operator new(std::size_t size)
    {
        return _mm_malloc(size, alignof(MyClass));
    }

    void* operator new[](std::size_t size)
    {
        return _mm_malloc(size, alignof(MyClass));
    }

    void operator delete(void* ptr)
    {
        _mm_free(ptr);
    }

    void operator delete[](void* ptr)
    {
        _mm_free(ptr);
    }
};

int main()
{
    int arr[8] = {0x0,0x1,0x2,0x3,0x4,0x5,0x6,0x7};
    auto m = std::unique_ptr<MyClass> { new MyClass(arr) };
}

活的例子在这里

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