Direct3D在类中为什么要使用XMFLOATn而非XMVECTOR?

Question

微软官方建议：在类内部使用XMFLOATn来存储和表示向量。
理由是：XMVECTOR即__m128类型需要按16字节对齐，这对于全局变量和局部变量是自动实现的，而类内属性却不是。
根据C++默认内存对齐规则，结构体内部会自动实现内存对齐，即结构体中每个属性所处内存的偏移量等于其大小的整数倍。
我查看了__m128的定义，发现其使用 " align(16) " 来表明其所占字节为16的整数倍，那么为什么类内的__m128属性不会实现内存对齐？
我查阅相关资料，有一个帖子说：“该类不是在对齐地址处创建的，因此即使 XM* 成员在 16 字节边界上对齐，父级的对齐方式也会错位它们，从而导致崩溃”。
如果类中的属性会因为类的起始地址导致错位，那么像常见的结构体，怎样保证只要 “结构体中属性内存的偏移量等于其大小的整数倍” 就有 “结构体中属性内存的起始地址是其大小的整数倍”。

Answer 1

在C++中，类内部的内存对齐和结构体的内存对齐规则是有区别的。在类内部，如果类中包含有向量类型（如__m128）这样需要特殊对齐的成员，需要手动进行对齐处理。

在默认情况下，C++类的内存对齐是根据其中包含的成员的最大对齐要求来决定的。因此，如果类内有成员的对齐要求超过默认对齐（通常是4或8字节），就需要手动设置对齐方式。

对于结构体，如果结构体中的成员有特殊的对齐要求，整个结构体的对齐方式通常会被设置为其中最大的成员对齐要求。这意味着结构体中每个成员的内存偏移量等于其大小的整数倍，但整个结构体的起始地址不一定是其大小的整数倍。

以下是一个例子，展示了如何使用 alignas 关键字来手动设置类内部和结构体的对齐方式：

#include <iostream>
#include <immintrin.h>

class MyClass {
public:
    alignas(16) __m128 vector; // 使用 alignas(16) 来设置对齐方式
    int integer;
    // 其他成员...
};

struct MyStruct {
    alignas(16) int integer; // 使用 alignas(16) 来设置对齐方式
    float floatingPoint;
    // 其他成员...
};

int main() {
    std::cout << "Size of MyClass: " << sizeof(MyClass) << std::endl;
    std::cout << "Size of MyStruct: " << sizeof(MyStruct) << std::endl;

    return 0;
}

在上述代码中，alignas(16) 用于指定 __m128 或 int 的对齐方式为16字节。这样就能确保类或结构体中的成员按照期望的对齐方式排列，避免了在类内部或结构体中因为对齐问题而导致的错误。