技術系備忘録​/C++​/最適化小手先テクニック​/メンバ変数の並びを考慮すべし

クラス（や構造体）のメンバ変数の並びによって、クラスのメモリサイズが節約出来る場合があります。

• List1

  class CClass{
  public:
  	char	m_nCharA;
  	int		m_nIntA;
  	char	m_nCharB;
  	int		m_nIntB;
  };

クラス CClass のメモリサイズは、16バイトです。
メンバ変数は、char が２つ、int が２つのなので、実際に使用しているのは10バイトのハズですが、
アラインされて16バイトになってしまっています。

これを避けてメモリ節約をする場合、リスト２のようにします。

• List2

  class CClass{
  public:
  	int		m_nIntA;
  	int		m_nIntB;
  	char	m_nCharA;
  	char	m_nCharB;
  };

こうすることでクラス CClass のメモリサイズは、12バイトになりました。
しかしそれでも ２バイト余分なものが入っています。
ここまでで十分だと思うのですが、さらにこの２バイトを節約したい場合はリスト３のようにします。

• List3

  #pragma pack( push )
  #pragma pack( 1 )
  class CClass{
  public:
  	int		m_nIntA;
  	int		m_nIntB;
  	char	m_nCharA;
  	char	m_nCharB;
  };
  #pragma pack( pop )

これで １０バイトに収まりました。

#pragma pack でアラインサイズを１バイトに変えてしまうことで、余白(パディング)が入らないように指示してます。

もちろん、リスト１のままでも #pragma pack をしてしまえば、サイズは最小に収まりますが、それでは速度面で最適とはいえません。
コンパイラがアラインを行うのは、プロセッサのメモリアクセスが最適に出来るようにする為のものなので、むやみに #pragma pack を乱用するのは禁物と思われます。
サイズ縮小によるメモリ節約というメリットと、区切りの悪いメモリ配置によるアクセス速度低下というデメリットを天秤にかける必要があります。

というわけですが、まず言えることは、メンバ変数を定義する際には、出来るだけ各値が最適なサイズ境界に配置され、なおかつ余白(パディング)が入らないように考慮するのが吉と思われます。

int long は４バイト境界。
short は２バイト境界。
char bool は１バイトなのでどこでもＯＫ。

ご指摘いただきました。ありがとうございます。(2005/4/7追記）

• 念のため匿名さん

  >> メンバ変数の並びを考慮すべし
  > これは初期化される順番を先に考慮すべきだと思います。

これは、メンバ変数の初期化順序に依存関係がある場合においては、そのような並びにしないとダメですよ。
との事です。最初は何のことか分かりませんでした。猛省。

たとえば、以下のようなクラスは、メモリ節約を無視してでも、この並びにしないと期待通りの値になりません。
（少々強引なコードですが、良い例が思いつかない・・・。）

• class CClass{
  public:
  	short	m_count;	// 初期化リストは、メンバの定義順に処理される為、
  	int		m_size1;	// この順序を崩すと、期待通りの値にならない。
  	short	m_size2;	// この場合はパディング覚悟でこの順序にする必要がある。
  
  	CClass(int nCount)
  		:m_count(nCount)
  		,m_size1(m_count * sizeof(int))
  		,m_size2(m_size1 * sizeof(int))
  		{}
  };

なお、これは初期化リストの処理順序の話なので、初期化リストじゃない箇所（コンストラクタ内）で初期化処理を記述すれば、並びがどうあれ期待通りにはなります。
がしかし初期化リストに書くことによるメリットもあると思うので、そのあたりも考慮する必要がありそうです。