13.7  系统体系结构

内存访问的代价差别很大。在某个特定的RISC体系结构中，若数据位于数据缓存中，那么访问它需要耗费一个CPU周期；若位于主存中（缓存失败），则需要8个CPU周期；若位于硬盘上（页面错误），则需要400,000个CPU周期。虽然具体的数值会发生变化，但对于不同的处理器体系结构，周期数在总的关系上是一致的：缓存成功、缓存失败和页面错误之间的速度相差多个数量级。

当访问数据时，最先搜索的是数据缓存。若数据不在缓存中，硬件产生缓存失败信号，该信号会从RAM或硬盘加载数据至缓存中。缓存以缓存行为单位，通常加载比我们所寻找的特定数据项更大的一块数据。这样的话，在4字节整数上的缓存失败可能导致加载128字节的缓存行到缓存中。由于相关数据项的位置在内存中很可能相邻，因此这对我们很有用：如果随后的指令尝试访问相同缓存行中的其他数据项，那么我们第一次访问该数据时就将缓存成功，能较快地获取数据。我们应该尽可能帮助自己的代码显示这种引用的位置。

以类X为例：

class X {  
public:  
    X() : a(1), c(2) {}  
    ...  
private:  
    int a;  
    char b[4096]; // 缓冲区  
    int c;  
}; 

构造函数X::X()初始化成员a和c。符合标准的编译器将按声明顺序来排列对象X：成员a和成员c被4096字节的成员b分离，因而不会出现在相同的缓存行内。当X::X构造函数访问c时有可能遇到缓存失败。

既然a和c被相邻的指令访问，那么我们不妨将它们放在相邻的位置，使得缓存成功率更高。

class X {  
    ...  
private:  
    int a;  
    int c;  
    char b[4096]; // 缓冲区  
}; 

现在a和c更有可能位于相同的缓存行。因为a在c之前被访问，所以当我们需要访问c的时候，基本可以保证c在数据缓存中。