Malloc和未对齐的内存

Question

malloc（）文档说返回的指针适合于任何类型的变量。在我的系统上，long double的大小为12，但malloc（）返回的一些指针在8字节边界上对齐而不是12（ptr％12给出4）。谁能指出我在这里失踪了什么？提前谢谢。

Answer 1

显然，long double不需要与12个字节对​​齐。在像你这样的系统上，原始C类型的最大对齐是double的8个字节。不要混淆对齐和大小 - 虽然许多较小的（特别是原始的）类型必须自然对齐 - 也就是说，与它们自己的大小对齐 - 这对于较大的数据类型（想想碎片）是禁止的，并且不会使任何更容易硬件

Answer 2

在gcc for Linux和x86上有：

sizeof (long double) == 12

和

在gcc上用于Linux，x64用于：

sizeof (long double) == 16

x64 long double的ABI对齐要求是16 - 字节。对于x86，任何类型都不需要超过8个字节的对齐。

要尊重glibc malloc返回与8对齐的内存对象 - 32-bit系统上的字节并在16上对齐 - 64的字节} -bit systems。

来自glibc doc：

  

malloc为您提供的块保证对齐，以便它可以保存任何类型的数据。在GNU系统上，地址在大多数系统上始终是8的倍数，在64位系统上是16的倍数。

Answer 3

在任何理智的cpu体系结构中，对于大小为12的对象，最大可能的对齐要求是4.对齐要求必须是2的幂，才能均匀地划分类型的大小。实际上，这会给出非常差的对齐（跨越缓存行甚至页面的对象！），这就是x86_64 ABI将long double的大小更改为16的原因：这样就可以将它对齐而不是跨越任何边界。

Answer 4

malloc将为任何类型返回正确对齐的内存，因为它返回的指针通常会转换为任意类型的指针，这种转换通常（读取：无限接近100％的时间）a无操作。对于任何体系结构和编译器，任何类型的最大对齐都是常量，通常它是所有基本类型的最大对齐。但是，对象的大小应该是其对齐的倍数。有时，必须通过向对象内的值添加填充来满足此要求。

如果您的编译器足够现代，它将支持_Alignof，类似于sizeof，因此您可以使用小程序检查实际对齐情况。我认为在你的架构上最大对齐是4.如果malloc总是返回8对齐的地址，那么它仍然符合。 malloc符合类型最大对齐倍数的对齐并不罕见。

Answer 5

你错过了，虽然类型的大小必须是其对齐的倍数（受实际硬件限制），但它们不必相等。

如果是long double，则转换为

_Alignof (long double) == 4
sizeof (long double) == 12

使用gcc / x86和

_Alignof (long double) == 16
sizeof (long double) == 16

使用gcc / x64，在这两种情况下long double都具有80位扩展精度。

如果我们不受约束的限制，我们最自然会最终得到

sizeof (long double) == 10

在存在对齐的情况下，我们要么必须使用2的对齐（我们不是出于效率原因），要么将填充引入数组，以便元素正确对齐。这违反了C语言的语义，数组的大小是其元素大小和计数的乘积。